主持人：谢谢库热西局长的讲话，开幕式到此结束!我们刚刚完成一个精彩的开幕式，卫星导航与位置服务产业，主管领导的致辞，为产业发展指明了方向，让我们心情振奋，干劲十足，充满自豪和对光明前景无比期待我很荣幸主持下面的主旨报告。接下来请大家聆听北京理工大学，中国工程院院士汪顺亭的精彩报告。
汪顺亭：各位来宾，大家上午好!我报告的题目是“导航定位技术在深海综合开发中的应用”。报告分四个方面的内容：第一，水下导航技术在深海综合开发中的作用。地球表面70%以上的面积被海洋所覆盖，在海洋面积当中，深海占到88%，深海当中蕴藏中丰富的人类生产生活必需的油气、开产、生物基等资源，对这些资源的探测、开发的深海装备，必须具备精确的水下导航定位能力。在深海装备当中，有一类应用非常广泛的，也非常重要的深海探测装备，就是勘查AUV。据统计，国外不同类型的水下无人机多达140多种，勘查AUV有大型、中型、小型、微型的区别，前不久，马航370失联以后，美国出动的勘查仪器就属于中型的。民用型的AUV包括美国和挪威的两个公司，在北海进行勘探应用，非常值得注意的一点是，这个为商业应用和采购，广泛应用于石油、天然气等海洋勘探，是挪威的国防研究院和一个水声导航设备公司联合研制的，这个也说明了在推动民用和商业应用的广泛功能。水下导航技术，对勘查AUV精确观测作业，实时控制，以及实现智能化运行，发挥着非常重要的作用。我们来看一下是什么样的导航技术保证了它这样的功能。这个框图是配备的导航系统，叫做综合惯性导航系统，和它配套进一步组合的是水声测试设备，从它的导航箱可以看到，它有非常多的导航功能，对探测来说，有一段功能是测绘数据，有一些软件对数据进行接收，进一步提高它的精度。
下面我们看一下国内的情况，党的十八大报告正式提出了，提高海洋资源探测能力，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国的指导战略，在国家中长期科技发展规划等许多重要规划文献当中，也明确规定了深海装备的研制任务。在这里面，水下导航技术在蛟龙号成功运行和深海作业中，发挥了重要的作用，成功研制蛟龙号之后，急需尽快拓展新的深海探测开发，深海空间站将是我国面临的更加艰巨的深海探测装备，深海空间站有所谓的一主两辅组成，工具有AUV、RUV，这个是比蛟龙号更复杂的工程，在这么复杂的工程当中，导航技术是必须解决的关键所在。
下面介绍一下深海空间中的导航定位基础，主要是水声定位技术和惯性导航技术，在海面上开放空间当中，有多种导航手段可以利用，像各种各样的卫星导航，无线电导航，天文导航，地面导航和惯性导航等等，但是电磁波与光波是不能入手的，这就限制了很多导航手段在深海的应用，而深海惯性导航可以在水下定位导航中发挥重要的作用，从上世纪七十年代开始，由于海洋工程等多方面的推动，发展已经形成了三种水声定位系统，就是长基线、短基线、超短基线。长基线它的载体是利用上面的升温器，来测出载体的位置，但是它还是有很多的局限，我们还可以看到，如果这个载体是不动的，它的位置也不好确定，但是如果是运动的载体，探测的信息也会滞后，这样也影响它的定位准确性。从这里面我们还可以看到一个情况，水声定位虽然没有直接应用导航信息，但是深水标是靠水面的GPS解决的，所以它也是间接应用的导航信息。从国外出现卫星导航之后，就出现了怎么样把卫星导航信息转到水下应用的研究，这里举个例子，它是铺设在水面上的四个浮标，每个浮标上面有卫星导航接收天线，下面有一个水蒸气，这种设备叫做GPS智能浮标，国外有一个公司，已经生产出系列化的产品，并得到了应用。
下面我们说一说短基线，短基线和长基线正好倒过来，短基线是在载体上装备三个或者四个分离的深水探测器，它的缺点和长基线是一样的。另外它还增加了一个问题，就是长基线在海底是不动的，短基线是载体，测的位置是在深水位置，需要向地标导航系统转化，另外我们可以看到，很多载体收尾方向比较长，横向的话，要拉开5—12米的距离是很难的，所以它也很难进行装备。
下面是所谓的超短基线，它是利用深的位置来确定方向，它上面还有一个卫星接受天线，使用起来非常方便，可以即插即用，但是它的缺点和刚才说的都是一样的，像CDN，有了这样的设备之后，它可以自己自动的布设一个声纳信标，不像长基线布设需要应用水面传感，布设以后就可以进行水下空间导航。有时候水下显示器不知道自己的位置，需要校准，它就会释放一个浮标，浮标上有卫星接受天线，它就可以在水下测定自己的位置。
下面我们说一下惯性导航系统，惯性导航系统可以自主不受干扰，不和外界发生联系，实时提供位置、速度、方向，它处理能力非常高，可以高达100—200赫兹，有非常高的精度。所以惯性导航是海陆空间各种应用直到遇控制，特别是安全运行智能化作业必不可少的控制仪器。但是惯性导航有一个问题，因为它是在水下进行检测的，是有一定误差的，虽然现在出现了很多惯性导航器件，比如光纤陀螺、激光元器件，据说精度能够提升很多，但是不管采用什么方法，它的误差只能是降的，不可能消除。刚才说的应用是满足不了高精度要求的，在深海导航当中要消除这个误差，可以采取上升到水面减小误差，像蛟龙号是前米深度，上浮下潜加起来要六个小时，而且在水面校准以后，下潜的时候同样有误差。但是在深海当中，水声信息传播有天然的优势，水声自然信息是有介质的，不会随着时间而改变，这样的话就可以消除惯性导航系统误差，这样的话，就可以实现同时布设导航，以及浮标导航等新的方法。
惯性技术，水声技术结合用于高精度水下导航，有天然的优势和互补性，惯性和水声组合技术，在深海装备中的实际应用就是最好例证。下面简单说一下我们在这方面所作的研究工作。刚才说了惯性技术和水声技术都有各自的缺陷，但是把它两个组合在一起，进行综合优化，对于消除导航的误差有很好的作用。我们做的工作大概分几个方面，一个是惯性和水声定位，它的定位包括超短基线和长基线，我们提出来一个中短基线和虚拟短基线的概念，什么意思呢?因为短基线需要三个以上的基准，三个以上的单元才能组成一个声基阵，但是三个以上的单元不能装备在一般载体上，在水下定位有一个特点，垂向的位置，因为压力深度计可以非常准确的回复，在两个单元的情况下，两个距离在加一个平面，同样可以得到缺点基点的位置。另外是惯性和水声的测速，组合优化之后可以限制误差的生长，实现一些自主效应，它不借助外部的效应。我们对这些内容也进行了理论推导，给出了可以应用的算法模型。
下面这两个模型简单说了一下组合以后的优势，组合之后，可以利用惯导做航向位置基准，进行位置精算也有很多的优点。这个图也说明了惯性导航定位和水声测位的优势，借助水声分时分域的处理能力，可以跟踪多目标，提高测绘的效率。
下面说一下这样一个惯性和水声定位组合应用的方面，它可以对水下的显示器进行跟踪定位，或者它在水下布设一个位置基准的应答器，然后确定它的位置，但是在水下的深海空间站它的功能就受限了，一方面在它的位置准确情况下，可以在水下对它现代的潜器进行定位，反过来如果它在水下由于位置不准，它可以利用布设的水下位置基准来标出自己的位置。另外是关于导航系统和超短基线可以发挥的作用，左边这个图是潜器跟踪状态，就像蛟龙号一样，蛟龙号总是实时的对母船进行跟踪定位。另外是跟踪定位以后可以离开，这时候它是工作在自主状态。如果为了提高保证长时间工作精度，可以同时布设一个水下位置系统探测器，这样它在作业的时候，虽然母船了，但是同样可以利用水下位置系统进行定位，所以可以看到惯性和水声组合之后可以发挥很多非常好的作用。
还有一个问题是，我们投放的潜器，一般都带有声纳的设备，如果投放以后需要到远期作业，拖放海域必须受到跟海底距离的影响，如果你在水深一千米投放，下潜过程要半个小时，这时候就会产生位置误差，所以没有惯性水声定位组合情况下，投放的时候就要受到限制，如果有了组合，我们在哪里投放都可以，如果产生误差，可以利用惯性水声定位进行消减误差。深海装备在没有装备惯性水声定位系统情况下，为了减小误差，不得不贴着海面运行，如果它装备了惯性水声定位系统组合，这样就可以不受海平面限制，在它认为的深度进行航行，航行过程中，如果位置有误差，在地下可以设一个浮标，然后进行水下定位，下一次来的时候就可以利用水下浮标计算误差。
刚才我们说到的深海空间站，由多种装备组成的空间站复杂情况下，导航系统设立，必须要考虑自主潜器和作业工具的应用，也需要关注构成整体的导航设备的最佳配置，可以认为空间站工程，综合导航系统在工程中的关键作用和系统集成的关联性、创新性特点，远远超过其他的装备。惯性技术、水声技术，国外有很好的研究条件和基础，惯性技术是海陆空都需要的，所以应用提高惯性导航系统，是确定工程可实现的重要途径。借助惯性水声组合优化技术，充分利用水声定位和水声测位信息，借助惯性组合优化技术，消除水声技术的各种缺陷，提高深水探测的精度，满足各类水声探测装备的导航，为我国深海开发提供有力的支撑，谢谢大家!
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