潜艇在深海里是怎么识别路线的(潜艇在深海是怎么通讯的)

想要问的是潜艇的导航方式吧,其实当潜艇在水下潜航的时候,通常都会保持一个“无线电静默”的状态,也就是先中断与外界的无线电交流,自身是不发出无线电信号的,不过却可以接收外界的无线电信号。为什么要这样?原因主要有这两点,首先是考虑到潜艇在水下的隐蔽性,因为频繁与外界保持无线电通信的话,是很容易暴露自己的位置的;其次就是无线电信号传输的问题,我们要知道,陆地上常用的高频、甚高频电磁波通信手段在水中使用时是行不通的,因为这些电磁波能量在水中衰减非常严重,传递距离和空气中相比非常有限,所以潜艇的水下通信基本上都是选择甚低频、极低频的电磁波进行通信,或者就是上浮使用通信浮标,这种情况下就可以使用高频通信。

但是无论是使用何种频率的电磁波通信方式,潜艇在水下如何实现远距离通信仍然是一个待解决的技术难点。所以,正是因为有这些条件的限制,潜艇在水下潜航时就不是使用什么无线电导航、GPS卫星导航这些陆地上常用的导航方式了,而是使用一种叫做惯性导航系统(INS)的设备,从工作方式上看,惯性导航是一种“无源自主”的导航方式,被广泛运用于军事领域(像洲际导弹上也有使用惯性导航),那么什么是“无源自主”导航方式呢?就是指它能够在不依赖外界的声、光、磁、电等信息反馈的情况下(即无源),可以自主地确定当前位置。也就是说,使用了惯性导航,就意味着潜艇可以在不与外界进行通信的情况下确定自己当前的实时位置。

▲惯性导航装置

接着再来简单介绍一下什么惯性导航系统,首先,所有的惯性导航系统上都有陀螺仪和加速度仪这两个主要结构,这两个东西是干什么用的呢?就是在没有外部参考物的情况下,自主测量得到潜艇的速度、加速度、运动方向等实时状态数据,有了这些数据之后,计算机通过连续的航位推算后,就可以得出潜艇当前的位置数据。比如像惯性测量单元(IMU)就分别有三个正交加速度仪和正交速率陀螺仪,这些东西的作用就是分别用来测量潜艇航行时的线性加速度和角速度等数据的,然后再对这些数据进行相关的积分计算后,就可以得到实时相关的航位数据。除此之外,为了保证有更好的导航精度,整个惯性导航系统中还会有速度测量仪、磁传感器、水压深度传感器等辅助设备。相关的我们来看下图,是一个惯性导航系统的工作流程:

▲惯性导航工作流程简图

注意看图中的相关参数,其中ω是潜艇的角速度、a是潜艇的加速度,V是潜艇速度、R是当前位置,g是重力,Ω是地球的自转角速度,f是比力,以及Φ、λ和h是指NED位置。即北、东、下位置的坐标参数,参数中带有E、I和B三个字母作为上标/下标的则是分别表示以地球为中心的潜艇运动惯性或者是自身参考系中的变量,最后一个C则表示是相关参考系中的变换参数。但是,因为在每一次计算中都会用到积分,所以那些在角速度、加速度等参数测量中的小误差,每经历一次的积分运算,这些误差就会被积累,最终累积成明显的位置误差,这种影响也被叫做积分漂移,然后再加上每一个实时位置的更新都是通过前一个位置以及测得的角速度和加速度参数计算后得到的,所以与初始位置相比,这些误差在时间上就是成比例积累的,简单来说就是,航行的时间和距离越长,得到的位置误差就会越大。

▲深海绘图

因此,为了保证潜艇在水下的导航精度,除了使用这个惯性导航之外,还需要其他的辅助导航手段,比如在一开始就提到的每隔一段时间就上浮放出通信浮标,进行GPS或者无线电来修正当前的实时位置,只是这种方法在特殊时期是不可取的,因为容易暴露自己的位置。所以,除了这些方法之外,潜艇还可以使用一种叫做“海底轮廓信息导航”的手段,其实也就是类似于以前“海图导航”的一种导航方式,使用这种方法需要提前收集相关的海域的水文和海床信息,然后绘制成海图存储在潜艇的数据库里面,有了这些数据后,潜艇就可以通过声呐探测手段来对当前位置进行探测,测得相关的海底轮廓数据后再与数据库中的海图信息相对比,得到当前位置信息后再修正惯性导航带来的误差。

一直以来,人们对潜艇的驾驶都充满了好奇,从前人们只能在海面上进行巡航和探索,而如今这种能力从海面延伸到了水下,甚至到了水下数千米深的地方。很多人都在好奇,潜艇在水下是怎么看见东西的,有人会说不是会有潜望镜吗?这种东西只要从潜艇里伸出来,应该就可以观察到潜艇外面的景象吧。但这种想法有些天真,毕竟在水下,压力也是随着深度越来越大,而且在海面以下很深的地方到处都是一片漆黑,既没有光亮,阳光也无法穿透海洋到达水底。所以在真正海底的地方很多能够忍受如此巨大压强的动物都退化到了没有眼睛的状态,毕竟在那里一片漆黑,有眼睛也起不上什么作用。

有些朋友可能就会问了,那在这种恶劣的环境下,究竟要怎么样才能够看到周围的环境呢?其实答案就在大自然的动物身上。我们都知道有许多动物能够发出声波,通过声波弹回来的细微差别来判断周围的环境,这种方法一般应用在深海生存的动物身上。而对于民用潜艇来说,在潜艇上一般是装有玻璃窗的,可以透过玻璃窗看到海水中的景色。然而随着深度的增加,玻璃无法承受如此大的压力,有破裂的危险,因此就会采用声纳装置。

除了一代潜艇上自带的设备以外,很多潜艇都配有海洋底部的测绘图,他们都可以对海底的地形有非常清楚的了解,能够了解海面下放温度的分布状况,以及哪些地方有暗礁,哪些地方道路比较畅通无阻。尽管潜艇在水下会受到紊乱的洋流和其他因素的影响,但是潜艇上都装载有卫星定位系统,可以帮助潜艇回到正确的航行轨道。

所以一般情况下,对于这些在水下比较深的地方工作的潜艇来说,一般都会预先设置好线路,然后在实际操作的时候根据这条线路进行探测,并且随时用卫星来纠正潜艇的位置,同时也可以配合声纳装置来综合处理。不过生产装置也有一定的纰漏,那就是它容易受海海底复杂因素的影响,从而造成无法收到传回的声波。并且对于大部分军用潜艇来说,这么做无疑是将自己的位置直接告诉给了敌人,所以都会为了隐蔽而放弃这种做法。

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