中投網(wǎng)2025-06-16 10:07 來(lái)源：中投顧問(wèn)產(chǎn)業(yè)研究大腦
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從依靠星辰辨向的古老航海時(shí)代，到實(shí)現(xiàn)千米深海精確定位的智能導(dǎo)航時(shí)代，人類(lèi)對(duì)深海通信與導(dǎo)航技術(shù)的探索始終未曾停歇。這段跨越百年的技術(shù)演進(jìn)史，不僅是科技進(jìn)步的生動(dòng)寫(xiě)照，更見(jiàn)證著人類(lèi)征服深藍(lán)的不懈追求。
一、早期探索：深海探索的蹣跚起步(20世紀(jì)中葉以前)
在電子技術(shù)尚未成熟的年代，人類(lèi)對(duì)深海的探索主要依賴傳統(tǒng)航海技術(shù)。彼時(shí)的導(dǎo)航手段局限于天文觀測(cè)與紙質(zhì)海圖，水手們通過(guò)觀測(cè)星象確定緯度，利用航位推算法估算位置，這種方式在茫茫深海中誤差極大，難以滿足精確導(dǎo)航需求。
早期的海洋探測(cè)僅能借助簡(jiǎn)單工具進(jìn)行初步測(cè)量。19世紀(jì)中期，英國(guó)“挑戰(zhàn)者號(hào)”科考船首次使用鉛錘測(cè)量海深，耗時(shí)耗力且精度有限。直到1912年“泰坦尼克號(hào)”因無(wú)法準(zhǔn)確探測(cè)冰山而沉沒(méi)，才真正促使人們重視水下探測(cè)技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)時(shí)的聲學(xué)設(shè)備僅能進(jìn)行簡(jiǎn)單的方向判斷和距離測(cè)量，如早期的回聲測(cè)深儀通過(guò)聲波反射測(cè)量水深，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)定位與通信功能。
二、技術(shù)奠基：現(xiàn)代技術(shù)的雛形初現(xiàn)(20世紀(jì)中葉至70年代)
(一)聲學(xué)技術(shù)的突破性應(yīng)用
20世紀(jì)中葉，隨著二戰(zhàn)對(duì)水下探測(cè)的需求激增，聲學(xué)技術(shù)迎來(lái)快速發(fā)展。聲波在水中的傳播特性使其成為水下探測(cè)的理想載體，1946年，美國(guó)成功研發(fā)出世界上第一臺(tái)實(shí)用化聲吶系統(tǒng)。挪威KongsbergSimrad公司于1997年推出Hi-PAP350超短基線定位系統(tǒng)，其3000米的作用距離和領(lǐng)先的測(cè)量精度，標(biāo)志著聲學(xué)定位技術(shù)進(jìn)入實(shí)用階段。
(二)地球物理導(dǎo)航的萌芽
科學(xué)家開(kāi)始探索利用地球物理特性進(jìn)行導(dǎo)航。地磁導(dǎo)航技術(shù)利用不同區(qū)域地磁場(chǎng)的差異，通過(guò)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向?qū)崿F(xiàn)定位;地形匹配導(dǎo)航則利用海底地形特征，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量水深并與預(yù)先繪制的海底地圖對(duì)比，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)載體的定位。這些技術(shù)為后續(xù)深海導(dǎo)航提供了新的思路。
三、快速發(fā)展：技術(shù)體系的全面突破(20世紀(jì)70年代至90年代)
(一)聲學(xué)定位技術(shù)的百花齊放
這一時(shí)期，多種聲學(xué)定位系統(tǒng)相繼問(wèn)世。超短基線(USBL)系統(tǒng)憑借安裝便捷、定位靈活的優(yōu)勢(shì)，成為水下拖曳體和小型潛水器的首選;長(zhǎng)基線(LBL)系統(tǒng)通過(guò)在海底部署多個(gè)應(yīng)答器，實(shí)現(xiàn)大范圍精確覆蓋;短基線(SBL)系統(tǒng)則在精度和成本間取得平衡。這些技術(shù)廣泛應(yīng)用于海洋科考、油氣勘探等領(lǐng)域。
(二)多技術(shù)融合的創(chuàng)新實(shí)踐
為彌補(bǔ)單一技術(shù)的局限性，融合導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。將聲學(xué)定位與全球定位系統(tǒng)(GPS)結(jié)合，可獲取高精度絕對(duì)位置;與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)結(jié)合，則能在GPS信號(hào)丟失時(shí)保持連續(xù)定位。例如，美國(guó)“阿爾文”號(hào)深潛器采用INS與聲學(xué)定位融合技術(shù)，在馬里亞納海溝的探測(cè)中實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位精度。
四、深化拓展：技術(shù)性能的飛躍提升(20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初)
(一)定位精度的顯著提升
隨著電子技術(shù)和信號(hào)處理算法的進(jìn)步，聲學(xué)定位系統(tǒng)性能大幅提升。新型USBL和LBL系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化信號(hào)編碼、采用多波束技術(shù)，將定位精度提升至分米級(jí)甚至厘米級(jí)，滿足了深海資源開(kāi)采、海底電纜鋪設(shè)等復(fù)雜作業(yè)需求。
(二)前沿技術(shù)的探索突破
量子導(dǎo)航、衛(wèi)星水下通信等新技術(shù)開(kāi)始嶄露頭角。量子導(dǎo)航利用量子糾纏和疊加原理，理論上可實(shí)現(xiàn)不受干擾的高精度定位;衛(wèi)星水下通信通過(guò)特殊調(diào)制技術(shù)，使衛(wèi)星信號(hào)穿透海水成為可能。盡管這些技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，卻為未來(lái)發(fā)展指明了方向。
五、智能集成：新時(shí)代的技術(shù)革命(21世紀(jì)初至今)
(一)智能化導(dǎo)航的廣泛應(yīng)用
人工智能與自動(dòng)化技術(shù)賦予深海設(shè)備自主決策能力�，F(xiàn)代自主式水下航行器(AUV)配備多傳感器融合系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)感知環(huán)境并自主規(guī)劃路徑。例如，我國(guó)“海斗”系列AUV搭載智能導(dǎo)航系統(tǒng)，在馬里亞納海溝實(shí)現(xiàn)10909米深度的自主探測(cè)。
(二)多技術(shù)融合的系統(tǒng)集成
當(dāng)前的深海導(dǎo)航系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)“海陸空天”一體化協(xié)同。通過(guò)整合聲學(xué)定位、衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、地形匹配等技術(shù)，結(jié)合云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析，形成綜合導(dǎo)航解決方案。我國(guó)“蛟龍”號(hào)載人深潛器采用的復(fù)合導(dǎo)航系統(tǒng)，在7000米深海作業(yè)中定位誤差小于1米，展現(xiàn)出強(qiáng)大的技術(shù)集成能力。
從鉛錘測(cè)深到量子導(dǎo)航，從簡(jiǎn)單回聲探測(cè)到智能集成系統(tǒng)，深海通信與導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展歷程，是人類(lèi)探索未知、突破極限的生動(dòng)縮影。隨著技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，這些深�！爸改厢槨迸c“通信線”將助力人類(lèi)在藍(lán)色疆土上開(kāi)辟更廣闊的探索空間。
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