DARPA选择BAE公司为海军研发深海导航定位系统，无需再上浮校准

近日，美国DARPA授予BAE公司“深海导航定位系统”（POSYDON）项目合同（具体金额未透露），计划通过在海床上安装声呐信标（声音信号源），组成类似GPS的系统，使在海底的潜艇不必浮出水面就可得到精确的定位信息。合作伙伴包括华盛顿大学、麻省理工学院和德克萨斯大学奥斯汀分校。

传统定位方法的劣势

水上定位主要采用美国全球定位系统（GPS）。由于GPS信号无法在水面以下传播很远的距离，无法提供水面以下的定位。此外，还存在GPS信号被有意干扰而无法定位的情况。

水下定位主要采用美国于冷战期间发明的惯性测量单元（IMU），它通过陀螺仪从某一个固定起始点开始跟踪潜艇的运动，以估算出潜艇位置。但采用这种方法，一方面潜艇须定时上浮以获取GPS等信号来进行校正，而上浮就意味着危险；另一方面，尽管随着技术的进步，陀螺仪的体积得以大幅缩小（IMU的基础部件也已广泛用于智能手机中），但精确的IMU系统仍然体积庞大、价格昂贵。如果安装数十个甚至上百个IMU会迅速超出潜艇的预算和装载能力。

项目目标

以声音作为传输信号，在遍布海洋的信标上安装扬声器，可像GPS卫星一样播发时间；接收机要和GPS接收机大小相近，能够在非常广阔的海域上接收到信号。接收机收到声音信号后，就可根据测量每个信标声音到达的时间差测算出位置，无需再上浮水面用GPS信号对IMU进行校准，实现长距离和长时间的航行。

面临挑战

GPS无线信号是电磁波，能以光速穿透任意空气介质，能够非常简单地计算出发出信号的信标的位置。而在海水里的声波信号，传播的速度是一个有关海水盐度和温度的公式，意味着巨大挑战。POSYDON团队正在攻克海流的复杂数学模型，来学习如何估算信号到达的时间。

研究内容

包括声音测量模型、声音源和波形、海水中数据收集和演示、其他相关技术。

·声音测量模型包括：能够克服时变多径传播和多径延迟挑战的水下声音信号传播信道；相对于声音源和海洋环境的船只运动的多普勒扩展；带宽有限的信号和汇聚区。

·声音源和波形包括找到海盆尺度范围内的声音源，并确定数量、位置和深度。

·海水中数据收集和演示包括在海水中搜集数据，来证实声音测量模型和声音源波形。

·附属技术包括采用其他类型器件、处理和建模方法的独立定位、导航和定时解决方案。

测试验证

在该研究成果部署之前，POSYDON将需要经过独立的海军测试，以保证它的安全和不会被座头鲸等海洋哺乳动物破坏。这些海洋哺乳动物也通过声音信号进行交流。此外，BAE所研究的工作频段不会对动物造成伤害。

预期应用

该技术除了应用于常规的潜艇外，更重要的是为了将来可能部署的无人潜艇群做准备。如果该技术充分成熟，极有可能在本世纪20年代投入战场使用。

补充信息

为减少武器装备对GPS信号的依赖，陆军通信电子研发和工程中心（CERDEC）功率和集成司令部（CP&ID）作为美国陆军在定位、导航和定时（PNT）能力领域的主要科研力量，提出研发可负担得起、高可靠、创新性PNT系统方法，并取名为“确保PNT”（A-PNT）（详细移步于此）。