说到潜艇，可能不了解其工作原理的人，会对潜艇在水下航行还不会迷路产生疑问，除此之外，潜艇是在水里行动的工具，水中的能见度比较低，特别是在深海里没有强烈的光线，路的模样根本看不清楚，而海地的地形又比较复杂，如果没有提前预知前方地势地形，碰到岛屿，暗礁和海沟很容易出问题。

有的潜艇前方有窗口，有的没有，但是这种窗口在海里是没什么用的。一般前苏联的潜艇，因为经常在北冰洋这一种温度比较低的海洋里行动，所以经常需要浮出水面晒太阳，而这个窗口在海面就正好能用的上，而美国的潜艇大多数是在气候比较温暖的太平洋地区，所以没必要露出水面取暖，因此便不需要这个窗口来观察海面。

核潜艇一般需要极强的隐蔽性，尽量避免被敌人发现自己的踪迹，特别是战略核潜艇，不能像攻击核潜艇那样主动开声纳，只能依靠惯性导航，指南针和海图以及固定航线的模式在海底航行，首先用陀螺仪，指南针确定潜艇的方向，然后根据加速度测量水压计算深度，最后用海图来判断潜艇的具体位置，但是这种测量方法也并不能完全保证路线的正确，所以需要隔一段时间上浮出水面来确认自己的实际位置，因为测量位置的仪器，像陀螺仪等误差会越来越大，你需要经常去修正。

一般潜艇都会安装导航系统，导航系统能够保证潜艇在水下可以安全高效的航行，主要的分类包括天文导航系统，雷达系统，卫星导航系统，惯性导航系统和综合导航系统等，这是保证在海底不迷路的最关键因素，如果导航系统被干扰，也可以通过像潜望镜这种探测装置去观察潜艇周围的环境，像观察岛屿，天体等一些特殊的东西来判断位置，另外就是是潜在水下航行的时候，都会预先设置好航行的路线速度，士兵可以用最古老的航海测量方法结合航行速度和航向，推断出自己大概所处的位置。

但是这种方法有时候也不准确，比如2005年，美国的洛杉矶级核潜艇就因为在海底进行隐蔽航行时撞上了一座新冒出来的海底小火山，因而严重受损，几近报废。

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航行在深海之中的潜艇对航路的判断非常重要。海洋之下看起来平静，实际上水下世界十分复杂。水下的环境、洋流变化、暗礁险滩、海洋生物和各种各样的水下障碍物都有可能对潜艇的航行产生影响。由于海水对光线和雷达波具有很好的阻碍和屏蔽作用，所以潜艇在水下航行主要依靠海图、固定航路、声纳以及陀螺仪等导航方式来识别路线。

（潜艇在水下航行对于航路判断非常关键）

海图是海军最古老的导航方式之一。海图实际上就是水下的航行地图，与传统的地图相似，海图也是通过不断对海底环境进行测绘得到的。潜艇在航行时可以通过海图来判断航线和所在位置，而且越精准越详细的海图，越能帮助潜艇了解海底情况，提高航行的安全性。当前，随着电子和数字技术的发展，数字化海图得到了很大的发展，可以提供全方位的海底环境和地形地貌信息，对于潜艇的航行有助很大的帮助。正因为如此，当今各国对水下测量和测绘都非常重视，因为掌握了高精度的海图，就可以更好地了解海底环境，对于潜艇航行有着很大的帮助。

（海图是海军最古老的导航方式之一）

固定航路其实与海图的作用比较类似，简单来说就是已准确勘探测绘的水下通路。在固定通路上，水下航路特征已完全探明，作为舰艇固定的通航路线。在固定航路上行驶情况熟悉，安全性比较有保障。同时，为了保证固定航路的通航和安全，很多影响水下环境的活动都是被禁止的，像人工养殖海洋经济作物等活动都有严格的限制。

（固定航路常作为舰艇固定的通航路线）

以上两种通常都是针对己方领海或者已知海域，潜艇作战显然不可能仅在这些海域，那么在未知海域，潜艇主要会依靠声纳和惯性制导等设备进行导航。所谓惯性制导就是利用惯性来控制和引导物体向目标运动的制导系统。顾名思义，惯性制导就是利用惯性测量的方式，测出物体的运动参数，形成制导指令进行控制。惯性制导系统的核心装备是陀螺仪，它主要用于判断潜艇自身的姿态和方位，在根据测算出的数据判断潜艇的位置与航向。由于潜艇在水下航行并不会是四平八稳的，所以能够及时调整自己的姿态就非常重要。惯性制导的优点在于导航设备都安装在潜艇上，是一种自主式的制导系统，不依赖外界信息，也不向外辐射能量，不易受到干扰，因而是非常可靠的导航设备。

（惯性制导系统的核心装备是陀螺仪）

声纳则是潜艇上的重要设备，不仅可以用于导航还可以用于探测和作战。由于在海水中声音的传播速度很快（要比空气中快很多），因此非常适合用于水下探测和识别。潜艇利用声纳发出和接受声波，便可以探明前方的海底情况，发现敌方潜艇和军舰。潜艇在航行中需要保持隐蔽性，所以通常会开启探雷和航行规避声纳，这种声纳可以准确识别前方的障碍物，精度很高，可以有效保证潜艇的航行安全。即便像海带群这样的水下植物，声纳也可以有效发现并进行规避。不过，声纳并不是万能的。对于那些水中漂浮的渔网、绳索等，声纳的探测能力就有所不足了。一旦潜艇发现它们的时候，很有可能已经缠上了这些漂浮物。这些漂浮物只能通过手动处理进行清除，轻则导致潜艇无法航行，重则会导致潜艇损坏。如美军的一艘洛杉矶级核潜艇就在2016年被渔网绕了个结结实实，只得上浮待援。

（声纳不仅可以用于导航还可以用于探测和作战）

综合来看，即便在技术不断发展的今天，潜艇在水下航行时的导航手段也不是很多。由于海底地形复杂，在战时条件下潜艇在水下航行不仅要时刻防备敌方的反潜力量，还要时刻保持警惕，才能保证潜艇的航行安全。

下图是美国电影《猎杀红色十月》的剧照，里面经典的一句话：“把表和地图给我，我闭着眼都能飞跃阿尔卑斯山”。这就是对潜艇水下导航真实的写照，只要知道潜艇的此刻的起点，那么沿特定的航向以一定的速度航行就能推定出某刻潜艇的位置，前提是地图足够精准，完全是一种“盲导航”。当然，随着现代科技的发展，大量电子手段的引入使得潜艇的水下导航越来越精准，但对动辄潜航二三十天的核潜艇来说仍然是一个巨大的考验。

水面航行

潜艇在水面航行时确定自己的位置以及导航是比较简单的，手段也是非常多。首先要确定位置，比如使用六分仪确定经纬度、识别岸上目标确定位置、GPS定位经纬度等等方式。

只要能确定潜艇目前的初始位置，那么水面导航的问题就很简单了，简单说几种

航迹导航，这是一种比较原始的导航方式，简单来说利用罗盘和陀螺仪罗盘确定潜艇的航向，再结合航速推定潜艇某时某刻的位置。根据已知的初始位置、航向、航速利用海图即可完成整条航线的航行。这种导航方式同样适用于水下航行。

星光/天文导航，所谓天文导航就是利用潜艇上搭载的星体敏感器确定潜艇位置，然后结合航向航速进行航迹导航。间隔一段时间利用星体敏感器重新确定目前的位置以修正航行误差。

无线电导航，利用无线电测向的原理（方位、距离和速度），算出与规定航线的偏差，不断修正消除偏差以保持正确航线。

GPS导航，GPS导航是大家最熟悉的，通过卫星信号定位并导航，这种导航方式也是广泛应用于民用环境，比如我们的汽车导航。

惯性导航，惯性导航是利用陀螺仪、加速度计等装置不断解算潜艇位置，这是潜艇水下导航的最主要手段，我们下面介绍。

为了保证导航精度，通常用多种导航手段结合的方式来保证潜艇的航行中的误差尽量小。当然，像星光/天文导航、无线电导航、GPS导航都只能用于水面导航，一旦下潜就失效了，只能利用剩下的几种导航方式。

水下航行

潜艇下潜后的会导致上面所说的几种导航失效，因为水会屏蔽一定波长的电磁波的特性，所以GPS信号、无线电信号都无法穿透海水。而星光/天文导航因为潜艇下潜无法观测到星体也会失效。这样，航迹导航和惯性导航成为了潜艇水下导航的主要手段，再利用声呐探测地形不断确定自己的位置是否偏离以进行辅助。

航迹导航，这点上面解释过，根据已知的初始位置、航向、航速即可，计时器和海图越精确，潜艇航行的精确度越高。比如我在A点，我要去B点，此时只要沿航向180以10节航速航行60分钟后抵达转向点，绕过中间的海底山脉或其他遮挡物转为航向270继续航行20分钟就到B点了，全程图上作业即可。

惯性导航，惯性导航是一种完全自主的导航方式，其核心部件为陀螺仪和加速度计。其原理是这样的，从理论上讲只要已知起点、速度和加速度三个量就能推定出终点，也就是所存在一组理论的航行路径。

也就是说我们只要已知我们的初始位置，中间不断地捕捉加速度就能做出正确的路径解算，这就需要陀螺仪和加速度的介入。一般一套完整的惯性导航装置由3个加速度计和2个三自由度陀螺仪组成，其中3个加速度计互呈90度组成一个三轴空间坐标系以测量加速度运动的所有分量。而陀螺仪因为其具备“定轴性”的特性可以提供俯仰、偏航等位置数据。这样，得到所有数据后，加速度进行积分运算就是速度，速度再积分就是距离，再加上位置信息就可以得出潜艇目前所在的具体位置和航行距离。这就是惯性导航。惯性导航因为不受周围环境的限制，更不受水屏蔽电磁波的影响，所以称为潜艇水下航行的重要手段。不过由于陀螺仪、加速度计本身存在干扰力矩，随时间累计会产生“漂移”，最终影响位置判断。

声呐，利用声呐探测海底地形，通过比对海图对潜艇的位置进行一个确定，甚至可以根据海底地形进行一个直接导航。当然前提是本国必须对航行海域的海底地形有一个提前掌握，否则没有对应的海图也判断不出位置。

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水下航行和水面航行一样，为了保证精度都会结合多种导航方式，比如惯性导航+声呐海图、航迹导航+惯性导航等等。也会让计程仪，航位推算等手段介入进一步提高精度。

这个问题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。