航行在深海之中的潛艇對航路的判斷非常重要。海洋之下看起來平靜，實(shí)際上水下世界十分復(fù)雜。水下的環(huán)境、洋流變化、暗礁險(xiǎn)灘、海洋生物和各種各樣的水下障礙物都有可能對潛艇的航行產(chǎn)生影響。由于海水對光線和雷達(dá)波具有很好的阻礙和屏蔽作用，所以潛艇在水下航行主要依靠海圖、固定航路、聲納以及陀螺儀等導(dǎo)航方式來識(shí)別路線。

（潛艇在水下航行對于航路判斷非常關(guān)鍵）

海圖是海軍最古老的導(dǎo)航方式之一。海圖實(shí)際上就是水下的航行地圖，與傳統(tǒng)的地圖相似，海圖也是通過不斷對海底環(huán)境進(jìn)行測繪得到的。潛艇在航行時(shí)可以通過海圖來判斷航線和所在位置，而且越精準(zhǔn)越詳細(xì)的海圖，越能幫助潛艇了解海底情況，提高航行的安全性。當(dāng)前，隨著電子和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化海圖得到了很大的發(fā)展，可以提供全方位的海底環(huán)境和地形地貌信息，對于潛艇的航行有助很大的幫助。正因?yàn)槿绱耍?dāng)今各國對水下測量和測繪都非常重視，因?yàn)檎莆樟烁呔鹊暮D，就可以更好地了解海底環(huán)境，對于潛艇航行有著很大的幫助。

（海圖是海軍最古老的導(dǎo)航方式之一）

固定航路其實(shí)與海圖的作用比較類似，簡單來說就是已準(zhǔn)確勘探測繪的水下通路。在固定通路上，水下航路特征已完全探明，作為艦艇固定的通航路線。在固定航路上行駛情況熟悉，安全性比較有保障。同時(shí)，為了保證固定航路的通航和安全，很多影響水下環(huán)境的活動(dòng)都是被禁止的，像人工養(yǎng)殖海洋經(jīng)濟(jì)作物等活動(dòng)都有嚴(yán)格的限制。

（固定航路常作為艦艇固定的通航路線）

以上兩種通常都是針對己方領(lǐng)海或者已知海域，潛艇作戰(zhàn)顯然不可能僅在這些海域，那么在未知海域，潛艇主要會(huì)依靠聲納和慣性制導(dǎo)等設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)航。所謂慣性制導(dǎo)就是利用慣性來控制和引導(dǎo)物體向目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的制導(dǎo)系統(tǒng)。顧名思義，慣性制導(dǎo)就是利用慣性測量的方式，測出物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，形成制導(dǎo)指令進(jìn)行控制。慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的核心裝備是陀螺儀，它主要用于判斷潛艇自身的姿態(tài)和方位，在根據(jù)測算出的數(shù)據(jù)判斷潛艇的位置與航向。由于潛艇在水下航行并不會(huì)是四平八穩(wěn)的，所以能夠及時(shí)調(diào)整自己的姿態(tài)就非常重要。慣性制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)在于導(dǎo)航設(shè)備都安裝在潛艇上，是一種自主式的制導(dǎo)系統(tǒng)，不依賴外界信息，也不向外輻射能量，不易受到干擾，因而是非常可靠的導(dǎo)航設(shè)備。

（慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的核心裝備是陀螺儀）

聲納則是潛艇上的重要設(shè)備，不僅可以用于導(dǎo)航還可以用于探測和作戰(zhàn)。由于在海水中聲音的傳播速度很快（要比空氣中快很多），因此非常適合用于水下探測和識(shí)別。潛艇利用聲納發(fā)出和接受聲波，便可以探明前方的海底情況，發(fā)現(xiàn)敵方潛艇和軍艦。潛艇在航行中需要保持隱蔽性，所以通常會(huì)開啟探雷和航行規(guī)避聲納，這種聲納可以準(zhǔn)確識(shí)別前方的障礙物，精度很高，可以有效保證潛艇的航行安全。即便像海帶群這樣的水下植物，聲納也可以有效發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行規(guī)避。不過，聲納并不是萬能的。對于那些水中漂浮的漁網(wǎng)、繩索等，聲納的探測能力就有所不足了。一旦潛艇發(fā)現(xiàn)它們的時(shí)候，很有可能已經(jīng)纏上了這些漂浮物。這些漂浮物只能通過手動(dòng)處理進(jìn)行清除，輕則導(dǎo)致潛艇無法航行，重則會(huì)導(dǎo)致潛艇損壞。如美軍的一艘洛杉磯級(jí)核潛艇就在2016年被漁網(wǎng)繞了個(gè)結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)，只得上浮待援。

（聲納不僅可以用于導(dǎo)航還可以用于探測和作戰(zhàn)）

綜合來看，即便在技術(shù)不斷發(fā)展的今天，潛艇在水下航行時(shí)的導(dǎo)航手段也不是很多。由于海底地形復(fù)雜，在戰(zhàn)時(shí)條件下潛艇在水下航行不僅要時(shí)刻防備敵方的反潛力量，還要時(shí)刻保持警惕，才能保證潛艇的航行安全。

說到潛艇，可能不了解其工作原理的人，會(huì)對潛艇在水下航行還不會(huì)迷路產(chǎn)生疑問，除此之外，潛艇是在水里行動(dòng)的工具，水中的能見度比較低，特別是在深海里沒有強(qiáng)烈的光線，路的模樣根本看不清楚，而海地的地形又比較復(fù)雜，如果沒有提前預(yù)知前方地勢地形，碰到島嶼，暗礁和海溝很容易出問題。

有的潛艇前方有窗口，有的沒有，但是這種窗口在海里是沒什么用的。一般前蘇聯(lián)的潛艇，因?yàn)榻?jīng)常在北冰洋這一種溫度比較低的海洋里行動(dòng)，所以經(jīng)常需要浮出水面曬太陽，而這個(gè)窗口在海面就正好能用的上，而美國的潛艇大多數(shù)是在氣候比較溫暖的太平洋地區(qū)，所以沒必要露出水面取暖，因此便不需要這個(gè)窗口來觀察海面。

核潛艇一般需要極強(qiáng)的隱蔽性，盡量避免被敵人發(fā)現(xiàn)自己的蹤跡，特別是戰(zhàn)略核潛艇，不能像攻擊核潛艇那樣主動(dòng)開聲納，只能依靠慣性導(dǎo)航，指南針和海圖以及固定航線的模式在海底航行，首先用陀螺儀，指南針確定潛艇的方向，然后根據(jù)加速度測量水壓計(jì)算深度，最后用海圖來判斷潛艇的具體位置，但是這種測量方法也并不能完全保證路線的正確，所以需要隔一段時(shí)間上浮出水面來確認(rèn)自己的實(shí)際位置，因?yàn)闇y量位置的儀器，像陀螺儀等誤差會(huì)越來越大，你需要經(jīng)常去修正。

一般潛艇都會(huì)安裝導(dǎo)航系統(tǒng)，導(dǎo)航系統(tǒng)能夠保證潛艇在水下可以安全高效的航行，主要的分類包括天文導(dǎo)航系統(tǒng)，雷達(dá)系統(tǒng)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和綜合導(dǎo)航系統(tǒng)等，這是保證在海底不迷路的最關(guān)鍵因素，如果導(dǎo)航系統(tǒng)被干擾，也可以通過像潛望鏡這種探測裝置去觀察潛艇周圍的環(huán)境，像觀察島嶼，天體等一些特殊的東西來判斷位置，另外就是是潛在水下航行的時(shí)候，都會(huì)預(yù)先設(shè)置好航行的路線速度，士兵可以用最古老的航海測量方法結(jié)合航行速度和航向，推斷出自己大概所處的位置。

但是這種方法有時(shí)候也不準(zhǔn)確，比如2005年，美國的洛杉磯級(jí)核潛艇就因?yàn)樵诤５走M(jìn)行隱蔽航行時(shí)撞上了一座新冒出來的海底小火山，因而嚴(yán)重受損，幾近報(bào)廢。

【本文由瑯琊利劍原創(chuàng)，禁止侵權(quán)】

下圖是美國電影《獵殺紅色十月》的劇照，里面經(jīng)典的一句話：“把表和地圖給我，我閉著眼都能飛躍阿爾卑斯山”。這就是對潛艇水下導(dǎo)航真實(shí)的寫照，只要知道潛艇的此刻的起點(diǎn)，那么沿特定的航向以一定的速度航行就能推定出某刻潛艇的位置，前提是地圖足夠精準(zhǔn)，完全是一種“盲導(dǎo)航”。當(dāng)然，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，大量電子手段的引入使得潛艇的水下導(dǎo)航越來越精準(zhǔn)，但對動(dòng)輒潛航二三十天的核潛艇來說仍然是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。

水面航行

潛艇在水面航行時(shí)確定自己的位置以及導(dǎo)航是比較簡單的，手段也是非常多。首先要確定位置，比如使用六分儀確定經(jīng)緯度、識(shí)別岸上目標(biāo)確定位置、GPS定位經(jīng)緯度等等方式。

只要能確定潛艇目前的初始位置，那么水面導(dǎo)航的問題就很簡單了，簡單說幾種

航跡導(dǎo)航，這是一種比較原始的導(dǎo)航方式，簡單來說利用羅盤和陀螺儀羅盤確定潛艇的航向，再結(jié)合航速推定潛艇某時(shí)某刻的位置。根據(jù)已知的初始位置、航向、航速利用海圖即可完成整條航線的航行。這種導(dǎo)航方式同樣適用于水下航行。

星光/天文導(dǎo)航，所謂天文導(dǎo)航就是利用潛艇上搭載的星體敏感器確定潛艇位置，然后結(jié)合航向航速進(jìn)行航跡導(dǎo)航。間隔一段時(shí)間利用星體敏感器重新確定目前的位置以修正航行誤差。

無線電導(dǎo)航，利用無線電測向的原理（方位、距離和速度），算出與規(guī)定航線的偏差，不斷修正消除偏差以保持正確航線。

GPS導(dǎo)航，GPS導(dǎo)航是大家最熟悉的，通過衛(wèi)星信號(hào)定位并導(dǎo)航，這種導(dǎo)航方式也是廣泛應(yīng)用于民用環(huán)境，比如我們的汽車導(dǎo)航。

慣性導(dǎo)航，慣性導(dǎo)航是利用陀螺儀、加速度計(jì)等裝置不斷解算潛艇位置，這是潛艇水下導(dǎo)航的最主要手段，我們下面介紹。

為了保證導(dǎo)航精度，通常用多種導(dǎo)航手段結(jié)合的方式來保證潛艇的航行中的誤差盡量小。當(dāng)然，像星光/天文導(dǎo)航、無線電導(dǎo)航、GPS導(dǎo)航都只能用于水面導(dǎo)航，一旦下潛就失效了，只能利用剩下的幾種導(dǎo)航方式。

水下航行

潛艇下潛后的會(huì)導(dǎo)致上面所說的幾種導(dǎo)航失效，因?yàn)樗畷?huì)屏蔽一定波長的電磁波的特性，所以GPS信號(hào)、無線電信號(hào)都無法穿透海水。而星光/天文導(dǎo)航因?yàn)闈撏聺摕o法觀測到星體也會(huì)失效。這樣，航跡導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航成為了潛艇水下導(dǎo)航的主要手段，再利用聲吶探測地形不斷確定自己的位置是否偏離以進(jìn)行輔助。

航跡導(dǎo)航，這點(diǎn)上面解釋過，根據(jù)已知的初始位置、航向、航速即可，計(jì)時(shí)器和海圖越精確，潛艇航行的精確度越高。比如我在A點(diǎn)，我要去B點(diǎn)，此時(shí)只要沿航向180以10節(jié)航速航行60分鐘后抵達(dá)轉(zhuǎn)向點(diǎn)，繞過中間的海底山脈或其他遮擋物轉(zhuǎn)為航向270繼續(xù)航行20分鐘就到B點(diǎn)了，全程圖上作業(yè)即可。

慣性導(dǎo)航，慣性導(dǎo)航是一種完全自主的導(dǎo)航方式，其核心部件為陀螺儀和加速度計(jì)。其原理是這樣的，從理論上講只要已知起點(diǎn)、速度和加速度三個(gè)量就能推定出終點(diǎn)，也就是所存在一組理論的航行路徑。

也就是說我們只要已知我們的初始位置，中間不斷地捕捉加速度就能做出正確的路徑解算，這就需要陀螺儀和加速度的介入。一般一套完整的慣性導(dǎo)航裝置由3個(gè)加速度計(jì)和2個(gè)三自由度陀螺儀組成，其中3個(gè)加速度計(jì)互呈90度組成一個(gè)三軸空間坐標(biāo)系以測量加速度運(yùn)動(dòng)的所有分量。而陀螺儀因?yàn)槠渚邆洹岸ㄝS性”的特性可以提供俯仰、偏航等位置數(shù)據(jù)。這樣，得到所有數(shù)據(jù)后，加速度進(jìn)行積分運(yùn)算就是速度，速度再積分就是距離，再加上位置信息就可以得出潛艇目前所在的具體位置和航行距離。這就是慣性導(dǎo)航。慣性導(dǎo)航因?yàn)椴皇苤車h(huán)境的限制，更不受水屏蔽電磁波的影響，所以稱為潛艇水下航行的重要手段。不過由于陀螺儀、加速度計(jì)本身存在干擾力矩，隨時(shí)間累計(jì)會(huì)產(chǎn)生“漂移”，最終影響位置判斷。

聲吶，利用聲吶探測海底地形，通過比對海圖對潛艇的位置進(jìn)行一個(gè)確定，甚至可以根據(jù)海底地形進(jìn)行一個(gè)直接導(dǎo)航。當(dāng)然前提是本國必須對航行海域的海底地形有一個(gè)提前掌握，否則沒有對應(yīng)的海圖也判斷不出位置。

s

水下航行和水面航行一樣，為了保證精度都會(huì)結(jié)合多種導(dǎo)航方式，比如慣性導(dǎo)航+聲吶海圖、航跡導(dǎo)航+慣性導(dǎo)航等等。也會(huì)讓計(jì)程儀，航位推算等手段介入進(jìn)一步提高精度。

這個(gè)問題想要問的是潛艇的導(dǎo)航方式吧，其實(shí)當(dāng)潛艇在水下潛航的時(shí)候，通常都會(huì)保持一個(gè)“無線電靜默”的狀態(tài)，也就是先中斷與外界的無線電交流，自身是不發(fā)出無線電信號(hào)的，不過卻可以接收外界的無線電信號(hào)。為什么要這樣？原因主要有這兩點(diǎn)，首先是考慮到潛艇在水下的隱蔽性，因?yàn)轭l繁與外界保持無線電通信的話，是很容易暴露自己的位置的；其次就是無線電信號(hào)傳輸?shù)膯栴}，我們要知道，陸地上常用的高頻、甚高頻電磁波通信手段在水中使用時(shí)是行不通的，因?yàn)檫@些電磁波能量在水中衰減非常嚴(yán)重，傳遞距離和空氣中相比非常有限，所以潛艇的水下通信基本上都是選擇甚低頻、極低頻的電磁波進(jìn)行通信，或者就是上浮使用通信浮標(biāo)，這種情況下就可以使用高頻通信。

但是無論是使用何種頻率的電磁波通信方式，潛艇在水下如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信仍然是一個(gè)待解決的技術(shù)難點(diǎn)。所以，正是因?yàn)橛羞@些條件的限制，潛艇在水下潛航時(shí)就不是使用什么無線電導(dǎo)航、GPS衛(wèi)星導(dǎo)航這些陸地上常用的導(dǎo)航方式了，而是使用一種叫做慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）的設(shè)備，從工作方式上看，慣性導(dǎo)航是一種“無源自主”的導(dǎo)航方式，被廣泛運(yùn)用于軍事領(lǐng)域（像洲際導(dǎo)彈上也有使用慣性導(dǎo)航），那么什么是“無源自主”導(dǎo)航方式呢？就是指它能夠在不依賴外界的聲、光、磁、電等信息反饋的情況下（即無源），可以自主地確定當(dāng)前位置。也就是說，使用了慣性導(dǎo)航，就意味著潛艇可以在不與外界進(jìn)行通信的情況下確定自己當(dāng)前的實(shí)時(shí)位置。

▲慣性導(dǎo)航裝置

接著再來簡單介紹一下什么慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，首先，所有的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)上都有陀螺儀和加速度儀這兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)東西是干什么用的呢？就是在沒有外部參考物的情況下，自主測量得到潛艇的速度、加速度、運(yùn)動(dòng)方向等實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，有了這些數(shù)據(jù)之后，計(jì)算機(jī)通過連續(xù)的航位推算后，就可以得出潛艇當(dāng)前的位置數(shù)據(jù)。比如像慣性測量單元（IMU）就分別有三個(gè)正交加速度儀和正交速率陀螺儀，這些東西的作用就是分別用來測量潛艇航行時(shí)的線性加速度和角速度等數(shù)據(jù)的，然后再對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的積分計(jì)算后，就可以得到實(shí)時(shí)相關(guān)的航位數(shù)據(jù)。除此之外，為了保證有更好的導(dǎo)航精度，整個(gè)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中還會(huì)有速度測量儀、磁傳感器、水壓深度傳感器等輔助設(shè)備。相關(guān)的我們來看下圖，是一個(gè)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的工作流程：

▲慣性導(dǎo)航工作流程簡圖

注意看圖中的相關(guān)參數(shù)，其中ω是潛艇的角速度、a是潛艇的加速度，V是潛艇速度、R是當(dāng)前位置，g是重力，Ω是地球的自轉(zhuǎn)角速度，f是比力，以及Φ、λ和h是指NED位置。即北、東、下位置的坐標(biāo)參數(shù)，參數(shù)中帶有E、I和B三個(gè)字母作為上標(biāo)/下標(biāo)的則是分別表示以地球?yàn)橹行牡臐撏н\(yùn)動(dòng)慣性或者是自身參考系中的變量，最后一個(gè)C則表示是相關(guān)參考系中的變換參數(shù)。但是，因?yàn)樵诿恳淮斡?jì)算中都會(huì)用到積分，所以那些在角速度、加速度等參數(shù)測量中的小誤差，每經(jīng)歷一次的積分運(yùn)算，這些誤差就會(huì)被積累，最終累積成明顯的位置誤差，這種影響也被叫做積分漂移，然后再加上每一個(gè)實(shí)時(shí)位置的更新都是通過前一個(gè)位置以及測得的角速度和加速度參數(shù)計(jì)算后得到的，所以與初始位置相比，這些誤差在時(shí)間上就是成比例積累的，簡單來說就是，航行的時(shí)間和距離越長，得到的位置誤差就會(huì)越大。

▲深海繪圖

因此，為了保證潛艇在水下的導(dǎo)航精度，除了使用這個(gè)慣性導(dǎo)航之外，還需要其他的輔助導(dǎo)航手段，比如在一開始就提到的每隔一段時(shí)間就上浮放出通信浮標(biāo)，進(jìn)行GPS或者無線電來修正當(dāng)前的實(shí)時(shí)位置，只是這種方法在特殊時(shí)期是不可取的，因?yàn)槿菀妆┞蹲约旱奈恢谩Ｋ裕诉@些方法之外，潛艇還可以使用一種叫做“海底輪廓信息導(dǎo)航”的手段，其實(shí)也就是類似于以前“海圖導(dǎo)航”的一種導(dǎo)航方式，使用這種方法需要提前收集相關(guān)的海域的水文和海床信息，然后繪制成海圖存儲(chǔ)在潛艇的數(shù)據(jù)庫里面，有了這些數(shù)據(jù)后，潛艇就可以通過聲吶探測手段來對當(dāng)前位置進(jìn)行探測，測得相關(guān)的海底輪廓數(shù)據(jù)后再與數(shù)據(jù)庫中的海圖信息相對比，得到當(dāng)前位置信息后再修正慣性導(dǎo)航帶來的誤差。

一直以來，人們對潛艇的駕駛都充滿了好奇，從前人們只能在海面上進(jìn)行巡航和探索，而如今這種能力從海面延伸到了水下，甚至到了水下數(shù)千米深的地方。很多人都在好奇，潛艇在水下是怎么看見東西的，有人會(huì)說不是會(huì)有潛望鏡嗎？這種東西只要從潛艇里伸出來，應(yīng)該就可以觀察到潛艇外面的景象吧。但這種想法有些天真，畢竟在水下，壓力也是隨著深度越來越大，而且在海面以下很深的地方到處都是一片漆黑，既沒有光亮，陽光也無法穿透海洋到達(dá)水底。所以在真正海底的地方很多能夠忍受如此巨大壓強(qiáng)的動(dòng)物都退化到了沒有眼睛的狀態(tài)，畢竟在那里一片漆黑，有眼睛也起不上什么作用。

有些朋友可能就會(huì)問了，那在這種惡劣的環(huán)境下，究竟要怎么樣才能夠看到周圍的環(huán)境呢？其實(shí)答案就在大自然的動(dòng)物身上。我們都知道有許多動(dòng)物能夠發(fā)出聲波，通過聲波彈回來的細(xì)微差別來判斷周圍的環(huán)境，這種方法一般應(yīng)用在深海生存的動(dòng)物身上。而對于民用潛艇來說，在潛艇上一般是裝有玻璃窗的，可以透過玻璃窗看到海水中的景色。然而隨著深度的增加，玻璃無法承受如此大的壓力，有破裂的危險(xiǎn)，因此就會(huì)采用聲納裝置。

除了一代潛艇上自帶的設(shè)備以外，很多潛艇都配有海洋底部的測繪圖，他們都可以對海底的地形有非常清楚的了解，能夠了解海面下放溫度的分布狀況，以及哪些地方有暗礁，哪些地方道路比較暢通無阻。盡管潛艇在水下會(huì)受到紊亂的洋流和其他因素的影響，但是潛艇上都裝載有衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可以幫助潛艇回到正確的航行軌道。

所以一般情況下，對于這些在水下比較深的地方工作的潛艇來說，一般都會(huì)預(yù)先設(shè)置好線路，然后在實(shí)際操作的時(shí)候根據(jù)這條線路進(jìn)行探測，并且隨時(shí)用衛(wèi)星來糾正潛艇的位置，同時(shí)也可以配合聲納裝置來綜合處理。不過生產(chǎn)裝置也有一定的紕漏，那就是它容易受海海底復(fù)雜因素的影響，從而造成無法收到傳回的聲波。并且對于大部分軍用潛艇來說，這么做無疑是將自己的位置直接告訴給了敵人，所以都會(huì)為了隱蔽而放棄這種做法。