核潛艇在海底航行的過程中是如何導航的？

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具備彈道導彈發射能力的核潛艇是一個國家戰略的基石，擔負著構築水下長城的重任。而且與其他武器裝備比起來，核潛艇更加具有威懾力，俄羅斯海上力量的保持很大一部分貢獻都來自於其核潛艇。一旦發生戰事或者遭遇緊急情況，往往都會把核潛艇放出去。放出去的核潛艇隱蔽在合適的地點，在需要的時候便能夠做到突然擊敵。

如果要在神不知鬼不覺的情況下在海中航行，必須要處理好一切與外界溝通的信息源。實際上，潛艇在航行中僅僅可能在導航上與外界發生關係。難道核潛艇不怕暴露自己的位置嗎？這個不必太過擔心，因為現代潛艇已經有了一套自己的安全的導航方式，能夠做到不被發現或者被發現的概率很小。

為了避免被發現，不能使用與外界相關的導航方式，那也就是說只能用核潛艇本身帶的設備進行導航了。目前在各國核潛艇中應用比較廣泛的是依靠陀螺儀為核心的慣性導航系統進行慣性導航，然後再用其他一些諸如海底地圖和測量技術等進行輔助導航。由於核潛艇的慣導系統具備高度自給性，也完全不受外界影響，重要的是可以在深水大洋中保持完整的導航服務，這點難能可貴。再有，如果進行衛星導航的話，不僅面臨可能會被發現的風險，而且還會受到海水影響。所以，世界各國的潛艇主要都用慣性導航平臺來為潛艇導航。

慣性導航平臺到底有多麼優秀呢？我國曾經做過這麼一次測驗。一艘潛艇在僅僅依靠慣導平臺的情況下，連續在水底航行近9000海里，算下來差不多有16000多公里遠。最後潛艇上浮發現，與原來預定的目標點僅僅差了不到50米。在16000公里遠的距離上，不到百米的誤差基本上是可以被忽略掉的，這幾乎達到了許多國家洲際彈道導彈的誤差等級。前文提到過，陀螺儀是整個慣性導航系統的核心部件。它的工作原理其實也並不是多麼難以理解的東西，就是利用角動量守恆原理，計算角度差然後得出運動方向。然後計算出加速度，再對時間進行積分，從而實現導航。

事實上，慣導系統平臺也是會存在一定誤差的，這個誤差的修訂，就需要其他一些手段進行輔助。比如通過測岸標、天文導航和無線電導航等方式進行，由於這些都是輔助的導航方式，因此不必過度擔心會影響核潛艇的實際應用。無源重力導航技術是最近這些年興起的一種新的導航方式，它的原理是提前把路線上的重力分佈圖輸入到慣性導航系統中去，然後通過重力場來搜索路線，再結合原本慣性導航平臺，以達到最大程度精確。

除了以上所述之外，潛艇的導航方式還有許多。但可以經受的住實戰考驗的，還是慣性導航平臺。再結合一些輔助導航系統，基本上能夠做到導航上的精確，可以最大程度保證潛艇自身的隱蔽性。

科羅廖夫

之前在討論陀螺儀的時候W君提到過這個研究所。

毫無意外的是我國的潛艇其實都是使用707所的平臺慣導儀進行導航的。

也就是這個東西。

其實呢，原理很簡單，還是基於陀螺的角動量守恆原理。通過測量陀螺儀旋轉中輕微的變化計算加速度。

這個東西的精度有多大呢，707所的一個實驗，利用093潛艇單純使用平臺慣導航儀進行導航，從中國這邊開到聖克里門第島邊上，航程將近9000海里，直接上浮後測量位置誤差不足60米。

這個概念就好像800裡外開一槍，打中一隻蒼蠅腿的感覺了。

其實，在潛艇中導航，平臺慣導是最好的一種導航手段。我們都知道海水並不是一潭止水，會上上下下左左右右的運動。

潛艇在海中行駛的過程中，會被海流帶動造成不同程度的偏航。在這樣的條件下，就需要對海流造成的位置偏移進行補償。這時平臺慣導儀就起到了至關重要的作用。

任何方向輕微的加速度都可以被平臺慣導儀轉換成電信號，然後交由動作機構進行補償。同時，平臺慣導儀是一個封閉的自導航系統，工作的時候並不需要接受外部參考信號，只需要記錄加速度特徵就可以完成工作。這樣第一不會像GPS一樣被海水隔絕，同時也不會像無線電信標導航一樣被敵人干擾。

這基本上是目前先進潛艇的一個很重要導航方式。

其他的方式類似於海中的聲納陣列導航

其實和GPS導航差不多，只不過將無線電波替換成了聲波。但這種導航系統會受到海水不同溫度鹽度影響造成導航失準。也基本上是不靠譜的導航方式。

再如地形匹配導航，利用特徵點地形的聲納目標特徵進行導航也是有的，但也因為沒有平臺慣導好用幾乎都停留在備用階段了。

所以，現代潛艇用什麼導航，這個問題的答案是——平臺慣性導航儀。

軍武數據庫

眾所周知，彈道導彈核潛艇是大國國家安全最後一道安全基石，擔負著二次核打擊和核報復的責任。所以當一個核大國進入緊急狀態時，第一時間就會將彈道導彈核潛艇悄悄派出去，非常隱蔽地前往潛射彈道導彈預定發射陣地。這個過程是絕密的，核潛艇在航行時不會與外界進行任何聯絡，所有通信設備都處於無線電靜默狀態，所以所有類似於衛星導航，無線電指令等常規導航方式都不能用！只能靠核潛艇自己艇上設備進行導航。

何為慣性導航？有一句老話叫做戰略武器三板斧，導彈，核武器，慣性導航。意思是世界上所有的戰略武器都是基於這三個技術發展而來，洲際彈道導彈是這樣，彈道導彈核潛艇也是這樣。

赤焰噠噠噠

當核潛艇在水下航行時，基本上是不跟外界保持通信的，原因主要有兩點，首先是技術上的問題，電磁波在水中傳遞時，能量衰減很嚴重，所以，陸地上常用的各種利用電磁波的通信手段在水中是行不通的，同時，現階段如何實現潛艇在水中遠距離的可靠通信仍然是一個需要解決的問題，遠洋的潛艇想要和岸基通信需要上浮；其次就是出於對潛艇自身隱蔽性的考慮，畢竟隱蔽性對於潛艇來說是最重要的（尤其是SSBN，即戰略導彈核潛艇），茫茫的大洋就是潛艇最佳的隱蔽場所，所以為了保證自己的位置不會被暴露，是需要暫時中斷和外界的無線電通信的（可接收信息，但不能發出信息，也就是大家平時聽到的“無線電靜默”）。<strong>

而在這種情況下，那些常見的GPS導航、無線電導航等手段對於長時間在水下航行的潛艇來說就用不上了，所以潛艇想要在水下導航就必須依靠自身的設備，這個“設備”也就是慣性導航系統（INS），慣性導航是軍事領域裡應用非常廣泛的一種無源自主導航手段，它可以在完全不依賴外部的電、磁、聲、光等信息反饋的情況下，確定自己當前的實時位置，所以，慣性導航不僅僅在潛艇上有使用，對於其他的武器裝備，比如飛機、彈道導彈等，慣性導航仍然是其中常用的核心導航手段之一，像現在各核大國的洲際導彈就是有用慣性導航的。

▲慣性導航系統結構簡圖

那麼什麼是慣性導航系統呢？簡單說一下，慣性導航系統上有兩個核心設備，分別是運動傳感器（即加速度計）和旋轉傳感器（即陀螺儀），有了這兩個東西，裡面的計算機就可以在不依靠外部移動物體的參考下，測得潛艇當前的航向、速度、加速度方向等參數，再通過連續地航位推算後就可以得到潛艇的當前位置，比如慣性測量單元（IMU）中的3個正交速率陀螺儀和3個正交加速度計，作用就是分別測量潛艇在航行過程中的角速度和線性加速度，再把這些數據通過積分計算後才能得到相關的位置參數，當然，對於潛艇上的整個慣性導航系統來說，為了保證更好的導航精度，還會有磁傳感器、速度測量儀、水壓深度傳感器等設備的輔助，然後再看下圖，是一個慣性導航系統的工作流程圖：

在上面的流程圖中，f是比力，ω是角速度，a是加速度，R是位置，V是速度，Ω是地球的角速度，g是重力，Φ、λ和h是NED位置（北、東、下位置座標）參數，以及，有E、I和B三個字母作為上標/下標的參數則是分別表示以地球為中心，慣性或自身參考系中的變量，而C則是是參考系的變換參數。不過，對於所有的慣性導航系統來說，誤差都是不可避免的，因為在計算過程中，都會受到積分漂移的影響，即：加速度和角速度測量中的小誤差，在每一次的積分計算中，都會被逐漸累積，從而使這些小誤差會累積成更大的位置誤差。同時，因為新位置的計算是根據先前計算的位置以及測得的加速度和角速度數據計算得出的，所以這些誤差與輸入初始位置以來的時間在大致上是成比例地累積。簡單來說就是時間越長，誤差越大，即使是標準誤差為10 micro-g的頂級加速度計，也會在17分鐘內累積大概50米的誤差。

▲對海底的迴聲探測示意圖

因此，為了保證在導航精度，潛艇除了慣性導航之外，還需要額外的輔助手段，比如每個一段時間就上浮水面，通過GPS定位後修正當前的位置參數，當然，這種通過上浮水面來修正位置參數的方法在只有在和平時期才能使用，如果是戰爭時期採用這種手段，是很容易暴露自己的位置的，所以，在這種情況下，海底輪廓信息導航就是一種有效的手段，所謂的海底輪廓導航，就是在提前對那些海床地形變化明顯的區域進行詳細的水文數據收集，繪製成海圖後存儲於潛艇的數據庫中，然後潛艇在航行過程中通過聲吶探測手段對當前位置的海底進行迴聲探測，測得海底輪廓數據後再與海圖中的信息進行比較，從而得出當前的位置信息，修正慣性導航過程中帶來的誤差。

▲16世紀的墨卡託前航海圖

以上這些，就是目前潛艇導航中常見的手段，不過最後那個海底輪廓信息導航，有個前提是必須對水文數據有詳細的記錄，需要建立一個龐大的水文數據庫，所以，為什麼美國的軍艦全世界到處跑你以為是鬧著玩的？搞不好老美就是在收集當地的水文信息，而在水文信息採集這一方面，美國確實是做的做好的，這個沒辦法，誰叫人家的才是真正的藍水海軍呢？

哨兵ZH

在人類征服海洋的進程中，定位和導航技術發揮了關鍵作用，從觀星到指南針，從磁羅經、陀螺羅經到無線電導航系統，再到衛星導航系統，各種船舶海上導航技術不斷髮展完善，能夠有效保障準確定位和順利航行。

與水面船舶不同的是，核潛艇特有的長期隱蔽水下的特點，使得上述傳統的導航方法很難滿足全部技戰術需求，在長期的探索中，潛艇逐步形成了“慣導系統+無線電導航系統（包括GPS）+天文導航”的組合模式，其中“慣性導航系統”處於核心地位。

慣導系統通過使用加速計和陀螺儀來測量加速度和角速度，再經計算機連續計算獲得自身的位置、姿態和速度。由於不需要外部信源，也不向外輻射能量，能夠以“靜默”的方式提供導航服務，因而最適合潛艇使用。

不過，慣導系統也有弊端，測量誤差會隨著時間累積不斷加大。而且，潛艇使用的慣性導航精度比導彈、飛機還要高，因為導彈的飛行時間可用分鐘計量，飛機的飛行時間可用小時計量，而核潛艇的航行時間則是以天計量，通常需要2~3個月時間連續在水下航行。

我國60年代的慣導系統，連續工作24小時的誤差高達3 海里，很難滿足長期水下潛航的要求，必須使用輔助設備進行校準。校準的方法通常有測岸標、天文導航和無線電導航等。

使用無線電導航或天文導航，潛艇需要浮出水面，或處於潛望狀態，或是釋放拖曳天線，這容易暴露潛艇位置。雖然超長波具備穿透海水的特性，可以為水下的潛艇提供通信和導航服務，但大功率超長波電臺工程巨大，而且超長波穿透海水深度也有限度，潛入深處的導航效果會大打折扣。

因此，儘管無線電導航精度比慣性導航精度要高，但容易暴露的突出問題，在衛星、飛機反潛技術突飛猛進的情況下，將使潛艇面臨巨大風險，因而只能作為輔助導航手段。

慣性導航系統在發展進程中，逐步演化出平臺慣導和捷聯慣導兩大類。最早應用的平臺慣導，由於體型龐大、可靠性差、維護保養費用昂貴，應用範圍有限。後續出現的捷聯慣導系統具有體積小巧、穩定性高等優勢，已成為潛艇水下導航的主要手段，並繼續朝著高精度、小型化和數字化方向發展。美軍正計劃開發新一代慣導系統，試圖擺脫對衛星導航的依賴，利用集成在微型芯片上的陀螺儀、加速度計和原子鐘就能獲得定位授時導航。

與此同時，為滿足新型核潛艇長期隱蔽航行的要求，包括美國、俄羅斯在內的潛艇大國，都在開發新概念潛艇導航技術，譬如美國的“重力導航輔助的組合導航系統”。

這種一體化導航系統，綜合應用了慣性導航、無源重力導航、地形匹配導航、水聲導航等多種手段，集成了慣性導航儀、重力敏感器、精密導航儀、地形測量等多個導航模塊，通過綜合運用、相互矯正，實現水下實時高精度導航。

無源重力導航技術

無源重力導航把事先做好的重力分佈圖存儲在導航系統中，再利用重力敏感儀器測定重力場特性來搜索期望的路線，到達目的地。這種方法無能量輻射，不使用外部座標，不受時間限制，無需臨近水面，非常適應潛艇的隱蔽性要求。

地形匹配導航技術

潛艇的地形匹配導航與巡航導彈的地形匹配導航基本相同，主要利用聲學高度計掃描海底深度的變化，將海底地形特徵與存儲的海底圖像匹配，從而獲得準確的定位信息。美國核潛艇的導航系統，將它與重力敏感模塊一起，實時測量和顯示潛艇周圍的三維地形。

水聲導航技術

這種技術源於聲納和無線電導航，原理類似陸地的雷達導航，但聲波在水中的衰減比電磁波小，因此適合用於水下導航。主要通過測量潛艇和水聲應答器之間的距離等信息，來確定潛艇的位置座標，從而對潛艇慣性導航系統的時間積累誤差進行校正與重調。水聲導航需要配合詳細的水文調查和海圖，收集相關水聲物理特性並建立相應的數據庫。現代的水聲導航系統已經可以部分取代慣性導航手段。

目前，以捷聯慣導系統為主、其他導航系統為輔的新型組合導航系統，已成為潛艇導航的基本方式。這種組合導航系統既能保證導航的穩定性、可靠性，又能提高導航的準確性、隱蔽性，避免了單一導航系統的不足，為潛艇水下實施精準定位、精確打擊提供了基礎保障。

軍備解碼

看了眾多的野外求生節目，讓我們見識到亞馬遜叢林的恐怖。一葉障目的森林中，就算大白天也經常迷路。

潛艇深海潛航，可比亞馬遜叢林恐怖多了。這裡黑漆漆的，沒有一絲光亮，洋流湧動暗礁林立，火山地震頻發，還有詭異的海底斷崖，彷彿在另外一個世界中，步步驚心！

在這危險境地中，潛艇還要辨別方向尋找目標，除了大無畏的勇氣，高精尖的導航設備也必不可少。

潛艇導航方法有很多，但水下導航比陸地、天空、水面上困難得多。到現在也沒有絕對精確的方法，需要經常定位，以修正誤差。

1、地面導航。

這是一種古老的導航方式。潛艇沿海岸線航行，能看到陸地燈塔、高山、高大建築物等地標。它們的座標能從海圖上查出來。

用兩條地標連線延伸相交，就能得到潛艇座標。若地標只有一個也不要緊，結合海圖上的等水深線，也能確定潛艇位置。

2、航路推算。

這也是一種古老的導航方式。潛艇出發的位置是知道的，用羅盤、陀螺儀羅盤測出航向；從航海日記中查閱速度、時間，再計算出距離，就能在海圖上標註出當前位置。

但這種方式誤差很大，海洋中有海流，沿岸海流速度還很快，達4~5海里/小時，對潛艇航向航速干擾很大，從而讓推算誤差加大。所以需要其他定位來糾偏。

3、慣性導航。

這是潛艇目前的主流導航方式。慣性導航有陀螺儀、加速度計。陀螺儀測航向，加速度計測速度變化，通過一系列複雜的二次積分運算，加上潛艇初始位置，就可以得到當前位置。

慣性導航是無源導航，不需要藉助任何外部信息，隱蔽性極強，具有非常高的實戰價值。但慣性導航隨時間增加誤差增大，必須要定位糾偏。否則誤差越來越大，潛艇會觸礁撞山的。

4、無線電導航。

潛艇在水面狀態行駛，或有條件放出浮標天線時，可以跟水面艦艇一樣藉助GPS、歐米伽等導航系統確定位置。歐米伽系統是GPS之前，第一種覆蓋全球的雙曲線定位系統，使用低頻電波為航海服務。

無線電導航又快又好，但潛艇卻無福隨時享用。因為海水對電磁波很不友好，水下電磁波衰減很快，幾十米就無能為力了。

5、星光/天文導航。

藉助太陽、月亮、星光等天文現象，確定方向推算位置。

除無線電導航外，其他各導航方式都存在座標不精確，誤差較大的問題，需要定位糾偏。

在水面上好說，GPS隨叫隨到。水下就只能依靠水聲定位、地球物理信息定位等方式了。地球物理信息又分為地形匹配、地磁匹配、重力匹配等。

1、水聲定位需要預先在海底鋪設應答器，它們的座標是確定的，也是高度保密的。潛艇經過時嚮應答器問詢，應答器反饋後算出座標。

水聲定位分長基線、短基線、超短基線。長基線不受水深限制，定位精度高，但系統複雜，佈設回收時間長；超短基線小巧靈活，但精度稍差。在實際中，通常組合使用。

2、應答器不是隨時隨地都有的，沒有時候就需要海底地形匹配定位了。這可是高精尖系統，需要大量精確而廣闊的海底地形圖，還需要先進算法匹配，如地形相關匹配算法、卡爾曼濾波算法、直接概率準則算法等。對各國來說，這是非常高端的科研項目。

和平時期，潛艇出海的一大任務就是測量海底地形，測量船也要滿世界溜達。有了精確地圖和先進算法，潛艇才能在戰時暢通無阻。

目前潛艇水下導航仍是個難題，精確度還有很大提高空間。隨著藍綠激光、激光聲遙感、重力場、磁場等技術快速發展，未來潛艇水下導航、定位將更快更精確，戰鬥力也更加強大。

和風漫談

潛艇特別是核潛艇屬於戰爭中的無形刺客，它們通常在幾百米的水下長期潛航，以對敵人發動出其不意的偷襲而見長！而水體對於大多數波段的電波有強烈的屏蔽效果，因此潛艇與地面指揮中心只能通過穿透性極強但是傳輸效率又極低的超長波電臺進行單向通信，由於潛艇在水下無法主動發送信息，為了防止與地面指揮中心失去聯繫並且不至於迷路，潛艇在出航時一般選擇的是通過標定預定的作戰區域出航，通過預先規劃的固定航路出海執行任務。

那在茫茫的大海之中，在沒有參照物的情況下，如何知道自己身處何方，離目標還有多遠呢？早期潛艇主要依靠的人工航路推算法，依靠計算潛艇的速度和時間以及大致方位，得出在某一方向航行的距離，然後對照海圖和自己的出發點就可以計算出自己所在的大致方位。

但是人工進行的航路推算會因為人工記錄和計算的誤差導致潛艇在長時間航行後發生航向偏離，因此現代潛艇還會裝備類似於彈道導彈的慣性導航裝置，慣性導航裝置通過複雜的加速度計和陀螺儀可以比較精確的計算出潛艇的實時位置，並且主動進行航路修正和提醒。這種方式比人工航路推算的準確度要提高不少，其最大的優點就是不依靠外界輔助定位，安全性和抗干擾能力較強，戰時不需要浮出海面，能最大限度的確保安全，不過這類裝置隨著時間和航程的推移，仍舊會累積出不小的誤差，這也是為什麼洲際彈道導彈大部分採用了慣性導航裝置，但是最後的圓概率誤差仍舊會達到百米甚至千米級的原因。

也正是因為這兩種僅僅依靠數學計算的導航方式避免不了誤差，所以潛艇要最大程度的確保自身航向正確，就必須每隔一段時間上浮至潛潛望鏡深度，通過通信浮標與衛星和地面基地進行雙向互通，定位自己的準確位置，進行航路偏移的調整，並且接收新的指令和彙報自己的任務情況。
（通信浮標）

雖然導航問題解決了，但是潛艇要是在水文條件複雜的不明海區航行，最依賴的裝置依舊是潛艇主動聲吶，主動聲吶能夠不斷地向外發射聲波，通過收聽分析反射回來的聲波，可以確定潛艇四周是否有凸起的海底山峰或者水下冰川，可以確定自身是否與海底保持著一定的安全距離，能夠避免發生觸礁或者觸底的危險事故，提高潛航的安全深度。2009年英法兩國兩艘核潛艇在大西洋相撞，最主要的原因就是因為雙方都沒有開啟主動聲吶，從而完全不知道對方的存在，因此而釀成了悲劇！

不過主動聲吶雖好，也萬萬不可貪杯，主動聲吶發出的聲波在作戰中容易被敵方的反潛艦艇監聽，從而暴露自身位置，進而成為被攻擊目標，因此這一行為的危險係數還是挺高的！為了減少潛艇開啟主動聲吶的次數，各國需要為潛艇作戰進行大量的前期準備工作，其中最主要的就是對全球各大海洋進行水文地形地貌的探測，形成高精度的海區地圖，潛艇在作戰中就能夠依據這些地圖進行準確無誤的位置判斷以及障礙物規避，最大限度的減少主動聲吶的開啟，提高自身作戰的隱蔽性，達到不鳴則已，一鳴驚人的作戰打擊效果！現在大家知道為什麼美國的水文偵查間諜船喜歡全世界到處跑了吧？
（美國海軍無瑕號海洋偵查船，專為反潛作戰而生的間諜船！）

軍武吐槽君

潛艇在水下主要依靠陀螺儀進行慣性導航，在海圖上進行航位推算。但慣導的誤差會逐漸積累越來越大，所以長時間潛航需要定期到水面進行修正。過去是靠傳統的天文定位。現在可以用衛星定位。這個修正不必整個浮出水面，在潛望鏡深度把相應的桅杆伸出水面就可以了。

薺菜糰子

潛艇用哪種導航系統？GPS？北斗？還是牽星過洋術…… 答案是都不用，所以…… 它們撞了！很慘。 撞上一座大山 2005年1月8日，美國洛杉磯級核潛艇“舊金山”號在水下航行時，以每小時46公里的速度撞上了一座海底山，98名船員受傷，1人死亡。 “舊金山”號艇首撞成一團亂麻，所幸核反應堆沒有受損。 事後，艇長摩尼上校被解除職務，並遭到處分。而他在聽證會上則解釋，海圖上並沒有標明出事海域有任何海底山！ 海圖是由美國國家地理空間情報局提供的，他們說，那座山是新“長”出來的…… 而另一次大眾較為熟知的核潛艇撞擊事件則是2009年，英法潛艇深海相撞，撞了後雙方都不知道撞了啥，都以為是什麼不明物體。直到回港查看傷勢後，幾番周折，兩國才知道，那個所謂的不明物體原來是對方的戰略核潛艇。 以上兩例都是2000年以來的潛艇撞擊事件，如果時間往前推，那案例多得都可以寫一本書了。 不是有主動聲吶嗎 水面艦艇航行時有各種導航手段，即使失去一切手段，大不了還可以目視。然而，潛艇則不然，它們的導航手段屈指可數。首先是各種衛星導航不能用，因為你首先得浮上水面才可以，而如果隨時上浮，那就不叫潛艇了。 不是還有主動聲吶嗎？你為什麼不開，怕費電還是怎麼的？不開的原因也很簡單，容易暴露行蹤。戰略核潛艇的使命是確保相互毀滅，確保具有第二次核打擊的機會，你若是在海下開著聲吶到處暢遊，追鯨魚逗鯊魚，這確實灑脫得很，但你已經失去作為核潛艇的意義。 這就不好玩了，潛艇深海潛航，如果不開主動聲吶，那豈不是像瞎子一般？大體差不多。 這樣的潛艇誰敢去駕駛？別急，因為潛艇，尤其是核潛艇，它們每次執行任務時是這樣的：出行前，就提前制定好一條預先的航路。 比如這樣，這只是隨手舉的例子，如有雷同，也不可能有雷同呀…… 在這條預先的航路上，負責導航的軍官會把航路上各種要素詳細地標出來：那裡有島嶼，這裡有暗礁，還有這兒有沉船，水深是多少？海流情況怎樣？等等，各種要素都會一一標出來。 問題又來了，你是給我提前預定了航路。然而，水下航行時不知道指南針好不好使，即使可用，它也不靠譜呀，萬一我偏離了航向豈不是麻煩？ 這裡，我們就需要用到一個高大上的儀器了，它就是陀螺儀。 陀螺儀 陀螺儀有一個非常重要的特性，這就是定軸性。 上圖中，外面兩個框架在動，它們所代表的軸也在不斷改變方向，而最裡面的框架，雖然也動，但它的軸始終不變，這就是陀螺儀的定軸性，它就像指南針一樣，永遠指著一個方向，但比指南針靠譜。 定軸性提供了一個參考系，所以陀螺儀可以給飛機和潛艇等提供各種航行姿態的信息。 有了陀螺儀，我們就能確定，何時偏離了航向，偏離了多少等等。現代的陀螺儀已經發展到好幾代了，最新的是激光陀螺儀和光纖陀螺儀，在這樣的陀螺儀中，已經沒有轉子存在，精確性大大提高。 顯然，僅僅是知道航向還遠遠不夠，到了那座暗礁旁，我就應該往左45度開，但我怎麼知道到了那座暗礁了？ 這也不難。首先，核潛艇出發前，就已經知曉了自己初始位置的精確座標，它距離那座暗礁有多少公里也是精確可知的，所以，只要行駛了多少公里後，就知道是不是已經到了那個地方，或者距離那個地方還有多遠。 然而，潛艇並非從頭到尾都以一個固定的速度航行，有時加速了，有時減速了，我們又怎麼斷定到底行駛了多少公里呢？ 此時，我們又得使用另一個儀器——這就是“加速度計”。 加速度計大概原理。 乘車時，當司機突然加速，我們就會往後靠，突然減速，我們就會往前撲。根據這個原理製成的加速度計，配合各種複雜的計算，就能實時地知道當前速度，以及行駛了多少里程等。 陀螺儀和加速度計配合使用，它就是傳說中的慣性導航，其為潛艇最最主要的導航方式。 核潛艇沒有駕駛窗，即使有也沒用，幾百米深的海漆黑一片，看美人魚那是不可能的。所以，潛艇的水下潛航，其導航方式有點兒類似於，你在黑夜裡行走，而卻精確地知道每一步跨過的距離，往正南方向走15步，就會到達牆的拐角，再往右23步，前方有個井，它沒有井蓋，必須停住，再往左30步……然後就到家了。 此時，如果有位盲人也在這條路上，那麼你倆就可能相撞了。就像英法核潛艇相撞一樣，當時，英法兩潛艇低速行駛，噪音極低，雙方的被動聲吶都沒有聽見（也許是寂寞的聲吶兵在看照片也說不準），總之是撞上了。 還有，如果你的前進道路上，前兩天突然墜落一塊大石頭但你不知道，或者是該有的井蓋結果被偷了，那麼你也只能認栽。就像是美國的舊金山號核潛艇一樣。 慣性導航的特點 慣性導航，其誤差會隨著時間累積，誤差大到一定程度就得上浮校正位置。而現在的慣性導航已經很先進，誤差很小。目前比較先進的艦船慣導系統，可以實現航行三天三夜只誤差370米左右，隨著技術的進步，誤差只會越來越小。 慣導之所以成為潛艇最主要，甚至說是唯一的導航方式，是因為它有兩大優點。 一是，慣導無須接收外部任何信息。無論是衛星導航還是無線電導航或者是天文導航，它們都需要浮出水面或者是靠近水面，這容易暴露目標。而慣導天不靠地不靠，只靠牛頓——慣性定律是他弄出來的。 二是，慣導不會向外輻射能量，從而也不會暴露自己，這種不聲不響的品質跟核潛艇最般配。 慣導不但用在潛艇上，它還用在導彈上。有人甚至說，彈道導彈打得準不準，70%依靠慣導的精度。 因此，人們常把核動力、導彈和慣性導航稱為戰略武器的三大關鍵技術。

西瓜打假

當人在茫茫無際的森林、荒涼無邊的沙漠或樓房林立的城市迷路後，往往不知道自己所在的位置，甚至辨別不出方向。駕駛潛艇也存在這個問題，在戰事緊張時，潛艇是不能浮上來依靠外界引導的，潛艇在浩瀚漆黑的海水中航行，必須獨闖伸手不見五指的“龍宮”，如果不依靠專門的儀器幫助，就如同“盲人騎瞎馬”，必定迷失方向。

潛艇在出航前，負責導航的軍官和部門，就已經制定出了一條預先航路，並把航路中的各種要素（如島嶼、淺灘、暗礁、水深、地質、海流、沉船等）事先標註在海圖上，潛艇出航一般都是按照既定的航路行駛的。但潛艇在深水之中，無法觀察到外界的導航標誌，必須要有先進的水下導航儀器隨時定位，不斷地修正航路，才能確保不偏航。

潛艇的導航儀器比較多，但主要是依靠慣性導航系統。慣性導航系統是當前唯一能向潛艇導航和武器發射提供必要的全部數據的設備，與其它導航方式比較，其優點除了精度高、自動化程度高外，最為突出的是工作完全獨立，它依靠自身的慣性元件進行導航，與外界任何參考物（如岸上的物標、星星、太陽、無線電波等）沒有任何關係，所以不受干擾和破壞，隱蔽性能好，在軍事應用上有著極其重要的意義。

慣性導航系統屬於藉助電能工作的電子導航儀器。工作的實質是，由裝在平臺臺體上的加速度計測出潛艇運動的加速度，再通過計算機對加速度經過一次積分得到航速，經二次積分得到航程，並進而算出潛艇所在的經度、緯度、縱橫搖角、速度、航行距離和航向等導航參數。潛艇發射彈道導彈時，必須知道發射時刻潛艇的確切位置、狀態和航速，才能進行精確的彈道計算，最終保證落點精度。

慣性導航系統的主要缺點是定位誤差隨時間的積累而增大，每隔一定時間必須校正。

除了電子導航儀器外，還有兩種類型的導航儀器，也是潛艇上常常裝備的，一般作為備用或修正定位精度。

一種是普通導航儀器。如磁羅經，它是利用磁針受地磁場的作用來指示艦位航向和測定方位的航海儀器，相當於指南針的作用；六分儀的原理是測量天體的高度和地面目標的水平角及垂直角來導航；計程儀是用來指示艇速和航程的儀器；潛望鏡上有方位盤和測距裝置，可起到觀測目標進行導航定位的作用.上述導航儀器雖然結構簡單、使用方便、生命力強，但觀察精度差，一般受天氣影響較大，是比較落後的導航方法；另外使用普航儀器大多還要升起潛望鏡或浮出水面，不利於潛艇的隱蔽。

另一種是無線電導航儀器。它是利用外界導航臺的電磁波信息，可進行全天候定位的導航儀器，設備本身的可靠性強，定位速度快。如無線電測向儀（又稱無線電羅盤），它以測量沿海分佈的已知電臺的方位角來定位，多用於艦船在近海的導航；無線電定位儀，如勞蘭C、奧米加導航系統，前者是利用無線電信號，根據雙曲線原理進行定位的儀器，但它必須有兩個固定的岸上電臺配合使用。後者是以相位延遲原理工作的導航系統，該系統有8個發射臺遍佈全球，用極長波同步發射，潛艇可以不必將接收天線升出水面即可接收信號進行定位；衛星導航儀是用於接收導航衛星發射的無線電導航信息，計算測者位置的設備。

無線電導航系統的缺點是：要依賴岸上的導航發射臺發射電波，如果發射臺一旦被破壞或失靈，就會出現相當大的空白區；而且易被幹擾，不能提供艦艇的航向和姿態信息等。衛星導航系統雖然可全球覆蓋定位，精度高，但須把天線升起到水面以上，其安全性仍受到質疑；如果使用別國衛星，則無自主權。

潛艇導航系統的發展趨勢，一是實現自動化、全球覆蓋、全天候和連續定位；二是提高設備的可靠性和精度；三是進一步提高潛艇導航時的隱蔽性；四是發展綜合導航系統，把不同的導航系統組合在一個統一的系統內，取長補短，成為一個有機的整體。

現代海戰的需要，對導航系統要求越來越高，新技術的迅速發展，將使導航系統實現定位、導航、識別三種功能，以適應海上作戰的組織指揮日益複雜的局面。

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