水下航行器导航与定位技术教材
基于海底基准的中远程pnt定位导航技术及验证
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目 录
• 引言 • 基于海底基准的pnt定位技术 • 中远程pnt导航技术 • 技术验证方案 • 基于海底基准的pnt定位导航技术优势及局限
性 • 结论与展望
01
引言
研究目的与意义
01
探索基于海底基准的中远程pnt（ 持久性水下航行器）定位导航技 术，提高其定位精度和稳定性。
研究内容与方法
研究内容
本研究将设计并实现一种基于海底基准的中远程pnt定位导航系统，包括海底基准站建设、海底地形地貌信息采 集与处理、pnt导航算法设计、系统集成与验证等环节。
研究方法
采用理论分析和实验验证相结合的方法，首先进行系统方案设计、算法开发和建模仿真；然后搭建实验平台，进 行实地测试和验证，对系统性能进行评估和优化。
信号传播
采用超宽带（UWB）等无 线信号，通过传输时间等 参数计算距离。
定位算法
采用到达时间差（TDOA ）等算法，根据多个基准 站的位置和信号传播时间 ，计算目标位置。
误差消除
采用各种技术手段，如同 步时钟、信道建模等，消 除误差，提高定位精度。
定位算法及优化
常用算法
主要包括到达时间差（TDOA） 、到达时间（TOA）和到达角度
未来发展中，需要进一步研究和开发智能化、自适应的pnt定位导航技
术，以更好地适应不断变化的海洋环境和使用需求。
THANKS。
。
控制算法
03
采用PID控制算法，实现精准控制。
控制系统硬件设计
控制器硬件
采用高性能处理器，满足数据处理和实时控制 需求。
传感器硬件
选用高精度定位设备，如高精度GPS、北斗等 。
自主水下航行器导航技术
ＶｏＩ．２９，Ｎｏ．６Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２００４火力与指挥控制ＦｉｒｅＣｏｎｔｒ０１＆ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒ０１第２９卷第６期２００４年１２月文章编号：１００２一０６４０（２００４）０６一００１１一０５自主水下航行器导航技术严卫生，徐德民，李俊，张福斌（西北工业大学航海工程学院，陕西西安７１００７２）摘要：水下导航技术是自主水下航行器发展的关键技术，因而得到了广泛的关注。
简要介绍了自主水下航行器的重要性及国外的发展概况，对国外水下航行器所采用的导航技术进行了综述，并就我国应采取的对策与措施提出建议。
关键词：自主水下航行器；导航；综述中图分类号：Ｖ２４９．３文献标识码：ＡＳｕｒＶｅｒｏｆＮａＶｉｇａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＡｕｔｏｎｍｏｕｓＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＶｅｈｉｃｌｅＹＡＮＷｅｉ—ｓｈｅｎｇ，ＸＵＤｅ—ｍｉｎ，ＬＩＪｕｎ，ＺＨＡＮＧＦｕ＿ｂｉｎ（ＣＤＺＺＰｇ℃ｐ厂＾妃一行８Ｅ理ｇｉ挖已Ｐ一挖ｇ，ⅣＤ心＾仞Ｐｓｔ已ｒ恕Ｐｏ砂ｆｇｆ，ｌ咒ｉｆ“【，咒ｉ可口坶ｆｉ砂，Ｘｉ’以咒７１００７２，（Ｍｉ理口）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｎａｖｉｇａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｓｔｕｄｉｅｄｂｅｃａｕｓｅｉｔｉｓｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｌｏｇｙｆｏｒａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅ（ＡＶＵ）．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｃｅａｎｄｏｖｅｒｓｅａｓｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅ，ａｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｓｕｒｖｅｙｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｎａｖｉｇａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＡＵＶｉｓｇｉｖｅｎａｎｄｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｏｎｏｕｒｔｈｅｗａｙｔｏｄｅａｌｗｉｔｈｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅ，ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，ｓｕｒｖｅｙ引言海洋是人类生存和可持续发展的重要领域，海洋的开发和利用已成为决定国家兴衰的基本因素之一。
水下导航定位技术的探究
水下导航定位技术的探究◎ 张文秀 忻州师院五寨分院摘 要：随着水下导航器技术的不断发展，导航系统成为水下航行器研究的主要技术核心，实现水下精确定位成为目前水下航行器定位导航系统研究的一个重要分支。
本文对几种常用自主导航方式的优缺点进行了对比，提出采用组合导航方式可以提高导航的可靠性和准确度。
关键词：水下航行器 组合导航 精确定位迄今为止，应用于水下航行器的导航方式一类是凭借于外部信号的非自主导航，另外一类则是凭借传感器得到信号的自主导航方式。
前者的导航基础是运载体可以接受到来自于外部信号的条件下才能完成导航，如罗兰、欧米加及其GPS等，三者中GPS凭借其广泛的信号面积导航能力更佳且更为准确。
然而，该导航方式存在着自身的不足，由于其信号来自于外部，主要的方式是无线电导航，信号衰减非常严重，非自主导航局限于水上之上的定位，在水下航行器中的应用十分有限。
对于后者，导航主要依靠自身配备装置的传感。
基于不同的传感装置，将自主导航方式分为很多类，如携带惯性测量装置的惯性导航系统、配备水声换能器的声学导航、装有地形匹配或者地磁传感器的地球物理导航等导航系统。
1.水下航行器常用导航方法1.1航位推算和惯性导航系统航位推算法主要是对航行器的速度进行时间的积分求积分来确定其所在的位置，应用比较早且范围较广。
为了得到航行器的航行速度，需要确定航行器的速度和航向，因此需要流速传感器或者是航向传感器来确定航行器的速度和航向。
采用流速传感器测量航行速度的过程中，海流会影响航行器的速度，且对流速的影响是流速传感器不能测到的，海流对流速的影响进而会产生导航误差，速度较慢航行较长的情况下，误差会很大。
惯性导航系统利用测量得到的航行器的加速度，经过一次积分运算计算出速度，两次积分运算得到航行器的位置，具有自主性、无需外界信息源以及隐蔽性的优点。
可以将其分为平台式和捷联式两种形式。
空间大小、功率以及价格的限制，普通的航行器均采用捷联式，该方式的导航系统（SINS）容易实现导航与控制的一体化。
自主水下航行器导航与定位技术
自主水下航行器导航与定位技术发布时间：2023-02-03T02:36:04.888Z 来源：《科学与技术》2022年第18期作者：杜晓海[导读] 自主水下机器人（AUV）作为开发和利用海洋资源的主要载体，杜晓海海军装备部 710065摘要：自主水下机器人（AUV）作为开发和利用海洋资源的主要载体，在执行任务时需要准确的定位信息。
现有AUV主要采用基于捷联惯性导航系统（SINS），辅以声学导航和地球物理场匹配导航技术。
本文简要介绍了水下导航模式的基本原理、优缺点和适用场景；讨论了各种导航模式中的关键技术，以提高组合导航的精度和稳定性。
通过分析现阶段存在的问题，展望了水下航行的未来发展趋势。
关键词：自主水下航行器；智能导航；智能定位本文综述了目前主流的AUV水下导航关键技术，包括DVL测速技术、LBL/SBL/USBL水声定位导航技术、地形辅助导航技术、地磁辅助导航技术和重力辅助导航技术以及协同导航技术，介绍了相关导航技术的基本原理和发展，分析和总结了水下自主导航中各技术的关键问题和技术难点，最后展望了AUV水下导航技术的未来发展。
1 SINS/DVL定位技术DVL是一种利用声波多普勒效应测量载流子速度的导航仪器。
根据AUV与水底之间的相对距离，DVL有两种模式：水底跟踪和水底跟踪。
当载流子与水底的相对距离在该范围内时，声波可以到达水底，当AUV与水底之间的相对距离超过范围时，声波无法到达水底，DVL采用水跟踪模式。
根据传输波速的多少，可以分为单波束、双波束和四波束。
1.1 SINS/DVL对准技术惯性导航可以为AUV提供实时的姿态、速度、位置等导航信息。
然而，初始对准必须在使用前进行，初始对准的结果在很大程度上决定了最终的集成精度。
通常，AUV在停泊或航行于水面时接收GPS信号进行初始对准。
在特定的任务背景下，AUV需要在水下运动期间完成初始对准，因此，许多学者提出了基于DVL辅助的移动基站对准。
水下定位与导航技术声学多普勒测速技术概述课件
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安装角度偏离误差及其校正 基阵安装误差带来的系统误差，可通过现场测速进 行校正。 由几何关系有两个速度之间的关系
安装角度与船的首尾线的几何关系
由多普勒测速仪可以得到的速度值为
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安装角度偏离误差及其校正
校准方法
安装偏移角的校正，可在海上进行。 船保持直线航行一段距离，例如几海里，在航速达到稳定
后利用差分GPS测量起止点的船位，根据航行时间得到船
的平均速度 vx、vy。
利用船上的高精度罗径得到的航向，算得船坐标系的两个
速度分量vx、vy 。在速度稳定航段中，利用多普勒计程仪 测得的两个速度分量同样也取平均值v’x、v’y.
计算安装偏移角
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安装角度偏离误差及其校正 校准方法
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5.3 影响多普勒测速的主要因素及改 进方法
由解算公式近似引起的误差 船舶摇摆引起的测速误差及摇摆补偿 传播声速引起的测速误差 有限波束宽度的影响 噪声对频率测量的影响 安装角度偏离误差及其校正
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噪声对频率测量的影响 过零检测法—测量N次过零的时间计算回波频率。
由公式可以看出，声速有多大的相对误差，将引起同样的测速 误差（相对误差）
进行声速补偿的方法
测量换能器表面处的声速，计算速度时使用现场测得的声速。
导流 测量换能器表明的温度，计算速度时使用现场测得的声速。
罩充 是利用专门的测量装置，测量温度、盐度和压力，再利用声速计
油，
算公式计算声速。
恒温
由声速的计算公式，只要保持
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第八章水声定位导航概述
3 导航 导航分为4类 （1）海面长程导航，如海面船只的导航 （2）水下短程导航，如用于水下调查潜水器的导 航 （3）水下长程导航，如潜艇的导航 （4）冰盖下的导航，如北冰洋游轮的导航
8.2 水面舰船的定位导航方法
现代水面舰船的导航方法有路标导航、 天文导航和无线电导航、卫星定位导航、推 算导航、惯性导航等。其中路标导航和天文 导航是传统的导航手段
8.4 水声定位与导航技术简介
水声定位与导航技术大体分为三类：水声定位技术、载 体声学测速技术和海底地形地貌测量技术。 8.4.1 水声定位系统 水声定位系统主要指可用于局部区域精确定位与导航的 系统。水声定位系统分为：长基线系统、短基线系统和超 短基线系统。 水声定位系统都有多个基元（接收器或应答器），这些 基元间的连线成为基线。
声纳参数
被动声纳
声源级SL 传播损失TL 指向性指数DIR 噪声级NL 检测阈DT
声纳参数
声源级SL
描述主动声纳所发射声信号的强弱：
I SL 10 lg I0
r 1
SL反映发射器辐射声功率大小。
1.2 声纳参数
如何提高主动声纳作用距离？
解释原因：它可以提高辐射
信号的强度，相应也提高回
主动声纳方程（噪声背景）：
（SL-2TL+TS）-（NL-DI）＝DT
注意：适用于收发合置型声纳，对于收发分置声纳，
往返传播损失不能简单用2TL表示；适用于背景干 扰为各向同性的环境噪声情况。
声纳方程
主动声纳方程
主动声纳方程（混响背景）：
（SL-2TL+TS）-RL＝DT
声纳方程
被动声纳方程
• 噪声源发出的噪声直接由噪声源传播至接收换能器； • 噪声源发出的噪声不经目标反射，即无TS； • 背景干扰为环境噪声。
一种水下航行器运动自导航及轨迹跟踪方法
一种水下航行器运动自导航及轨迹跟踪方法高清泽(中国船舶重工集团公司第七六〇研究所，辽宁大连 116013)摘要: 水下航迹是水中运动物体的重要参数之一，通过航迹可以推算出水中运动目标的航速、回转半径等信息。
本文介绍一种针对于水下自主航行器运动自导航及轨迹跟踪的方法及其工程实现，该方法采用声学定位原理，可以使水下自主航行器自身和船载指挥平台精确掌握航行器在水下的位置信息，对于自主航行器自身实现自导航和位置修正以及岸站指挥人员即时掌握水下自主航行器在水下的位置、速度及机动情况等态势信息有重要意义。
关键词：水下航行器；声学定位；轨迹跟踪；工程实现中图分类号：U666.7 文献标识码：A文章编号： 1672 – 7649(2019)04 – 0094 – 06 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2019.04.018A method of moving self-navigation and tracking for auvGAO Qing-ze(The 760 Research Institute of CSIC, Dalian 116013, China)Abstract: Underwater track is one of the important parameters of underwater moving object. We can calculate the speed and radius of gyration by the track.This paper introduces a method of self-navigation and tracking for AUV and the en-gineering realization, which adopts the principle of acoustic positioning. It is possible for AUV and shipborne platform to grasp the underwater position information accurately. It is of great significance for the AUV to realize self-navigation and position correction and for the shore station command personnel to grasp the position,speed and maneuverability of the AUV in real time.Key words: AUV；acoustic positioning；track tracking；engineering realization0 引 言AUV是水下机器人的一种，是无缆式水下机器人，习惯上称为自主式水下航行器（Autonomous Un-derwater Vehicle，AUV）[1]，近年来AUV作为一种别具特色的海洋应用装备在海洋物探、定位打捞、军事侦察等领域呈现出强劲的发展势头，正成为一种新的隐蔽性好、机动性高的水下作业平台，已经具有相当的搭载能力和水下续航能力，但由于海水对电磁波（包括可见光在内）的吸收和反射等效应，AUV等水下航行器要实现精确的定位和导航是一件很高难度的事情。
自主水下航行器导航与定位技术
Value Engineering0引言众所周知，海洋所蕴含的自然资源是地球上最丰富的但同时也是人类目前探索最少的地方。
随着人类在利用海洋和开发海洋上的投入不断增大，自主水下航行器（AUV）引起了越来越多的关注[1]，特别是在海洋石油勘探开发领域得到了快速发展。
AUV是能够在水下自主航行、自动控制、并能按照程序预先规划路径自主完成预定任务的水下集成系统。
导航定位技术是AUV的关键技术之一，高精度水下导航定位技术对AUV的安全航行和高效率完成任务具有决定性的作用。
由于无线电信号在水中迅速衰减，AUV无法借助无线电导航系统实现水下远距离、大范围的准确定位，卫星导航定位系统在水下不可用是AUV水下导航定位面临的主要技术挑战之一。
在不使用声学基线定位系统的情况下，AUV在水下主要依靠自身搭载的罗经、多普勒计程仪（Doppler Velocity Logger，DVL）或惯性导航系统提供的各类导航信息，通过航位推算模式实现水下导航定位。
惯性导航/航位推算方法精度受传感器本身测量精度影响，会随时间迅速积累。
在DVL锁定海底并且能够提供有效对地速度辅助导航的情况下，惯性导航/航位推算的导航误差一般为航行距离的0.5-2%，如果使用高精度的惯性导航设备，导航误差能够优于航行距离的0.1%。
当在水面时，AUV可以通过GNSS（Global Navigation Satellite System）获得的绝对位置来实时修正惯性导航系统误差。
但是定时上浮接收GNSS信号来实现对惯性导航误差的校正在实际应用过程中往往是不现实的，尤其在深水调查作业中。
在过去的二十年间，AUV水下导航定位技术研究取得了实质性的进展。
以视觉导航和地磁匹配导航技术为代表的非传统导航方式逐步开始在水下导航中得到应用，并取得了一定的成果。
除此之外，用于解决机器人导航定位的同步定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）算法技术日渐成熟，在水下导航定位方面的应用研究也取得了一定的理论和实践成果[2]。
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水下航行器导航与定位技术学习提纲要紧参考书：1．导航与定位——现代战争的北斗星，干国强主编，国防工业出版社，20002．水下导航信息融合技术，朱海，莫军著，国防工业出版社，20023．卡尔曼滤波与组合导航原理，秦永元，西北工业大学出版社，1998要紧内容：导航技术概论(参考书1)航位推算系统声学导航系统陆基无线电导航系统(参考书1)卫星导航系统(参考书1)惯性导航系统(参考书1)其它水下导航方式(重力梯度、地形匹配、磁导航等)水下组合导航技术(参考书1)要求：全文阅读讲义；阅读参考书指定章节；把握各类要紧导航方式的大体原理、适用范围、优缺点；把握推算航位导航的计算方式。
目录水下航行器导航与定位技术 0第一章水下导航技术概论 (2)§导航的大体概念 (2)第二章航位推算 (3)§概述 (3)§航位推算的概念 (3)第三章声学导航系统 (10)第四章陆基无线电导航系统 (14)第五章卫星导航系统 (14)第六章惯性导航系统 (14)6．1航海陀螺仪器的进展 (15)6．2 以捷联惯导为核心的组合导航技术 (17)第七章其它水下导航技术 (18)§地形辅助导航 (18)§地球物理导航 (20)§各类水下助航方式(舰船导航，2001，6) (22)7.3.1 磁导航 (22)7.3.2重力导航 (23)§地形辅助导航技术 (24)第八章水下组合导航技术 (25)第一章水下导航技术概论导航的大体作用是引导飞机、舰船、车辆、个人等，平安准确地沿着所选定的线路，准时地抵达目的地。
§导航的大体概念“导航”确实是正确地引导航行器沿着预定的航线在规定的时刻内抵达目的地的进程。
为了完成那个任务，就需要随时明白航行器的瞬时地理位置、航行速度、航行器的姿态、航向等参数。
这些参数，通常称作导航参数。
对有人驾驶的航行器，这些导航参数可由领航员通过观看仪表和计算取得。
可是，随着速度和航程的不断增大，对导航的要求愈来愈高。
为了减轻和代替领航员的工作，就显现了各类各样的导航系统，能够自动地提供需要的各类导航参数。
在舰船、飞机、导弹、宇宙飞船等各类航行器上，导航系统已作为保证航行任务完成所不可缺少的重要装备。
而导航原理、导航方式和导航技术的研究已进展成为一门独立的学科。
随着科学技术的进展，导航的概念也扩展了，除保证载体的平安航行外，还需要为运载体和运载体内的其它系统，如测量、武器、监视等系统提供精准的导航、定位信息，进一步地还能够对运载体的航向、航迹进行操纵，也可实现对运载体的动力定位。
依照近代科技术语，导航的要紧工作确实是定位、定向、授时和测速。
导航系统需要持续提供此类信息；当载体的运动速度加速时，要求数据的更新速度也相应加速。
导航系统有两种工作状态：假设作为测量装置，提供的导航参数仅供驾驶员引导载体之用，那么称导航系统工作于指示状态；若是导航系统与自动驾驶仪联用，所提供的导航信息作为自动驾驶仪的输入量，由自动驾驶仪自动操纵和引导载体，驾驶员(假设有)只起监督作用，那么称导航系统工作于自动导航状态。
不管何种工作状态，导航系统的作用都只是提供导航参数，因这人们提到“导航”那个术语时，其含义也只偏重于测量和提供导航参数这部份工作。
第二章航位推算§概述航位推算导航是最大体的导航方式之一，由于在水上导航中它和各类导航设备一路利用，因此很少强调它的重要性，但在水下导航中其地位相当重要。
航位推算导航有两个独特的优势：一是可随时定位，不象无线电导航、卫星导航等系统，当需要在水下精准定位的时候，却因收不到信号而不能定位；二是能够给出载体此刻和以后的位置。
利用其它导航方式即即是取得了位置并画在海图上，那个位置并非表示一艘正在航行的舰船此刻或以后某一时刻的位置。
为了取得舰船此刻和以后的近似位置，导航者只能单纯依托于航位推算导航法。
上述特点使得航位推算导航法在舰船导航中处于不可缺少的地位。
航位推算(Dead Reckoning)这一术语的确切来历至今没有考证清楚，听说，在16世纪，航海者就开始应用航位推算法。
那时，人们还不能利用天文学技术对所测得的船位进行校正，对远离陆地的航行，只能凭借船员的推测或航行的体会进行估量，也没有任何其它方式能作为引导航行的依据。
§航位推算的概念在18世纪和19世纪期间，各类海图极为缺乏，价钱也十分昂贵，船长只能依照航行前已知位置的航向和航速，利用数学公式算出那时的位置，把这种技术称为“推算估算法”，英文用“Deduced Reckoning”表示，后来又缩写为“ded reckoning”，几经演化而成为今天利用的航位推算“dead reckoning”。
由于自然天文学的进步，使得校正航位推算方式成为可能。
海上寻觅舰船位置的最先的自然天文学技术，是依照观测北极星高度，找出观看者所处的纬度。
后来又利用观测恒星、行星等确信船位。
直到18世纪海上测量经度的问题取得完全解决，航位推算导航法才被人们真正地确信下来。
最经常使用而且应用最先的导航方式是航位推算法[10]，即将水下航行器的速度对时刻进行积分来取得航行器的位置。
因此，这种方式需要一个水速传感器来测量航行器的速度，再用一个罗经来测量航行器的方向。
可是，这种方式的要紧问题是海流的存在而给水下航行器产生一个速度的分量，那个分量水速传感器又无法测量，从而给低速航行的水下航行器在长时刻航行时会产生专门大的定位误差。
关于靠近海底航行的水下航行器，能够采纳多普勒速度声纳（DVS）来测量航行器相关于大地的速度，从而能够排除海流对航行器定位的阻碍。
目前国外水下航行器上经常使用的DVS，要紧有：美国EDO公司的3040型和3050型多普勒速度声纳，其精度达到可达到%；美国RD Instrucments公司的Workhorse Navigator，其精度也可达到%；英国MA公司研制的COVELIA，其最大绝对误差不大于节。
关于DVS，其作用距离越大，其体积和功耗就越大。
因此，选择DVS时，因依照航行器及航行器的利用环境来确信选择DVS的类型。
一、概述自主水下航行器是世界各国大力进展的海洋运载器，在海洋爱惜、海洋资源开发等领域具有极大的应用价值，如水下搜索、海底画图、海底监控、管道铺设、海底作业等。
导航问题是水下航行器应用所面临的要紧技术挑战之一，导航能力是水下航行器有效工作与平安回收的重要要求。
由于水下环境的局限，目前水下航行器导航的要紧方式是航位推算、INS、声学系统等[一、2]。
INS价钱昂贵，在没有修正信息的情形下难以知足长时刻导航定位的要求；声学导航系统需要事前在工作海域布置导航基阵，在某些应用处合受到较大的局限；航位推算方式利用航向和速度推算航行器的位置，但在没有地速信息的情形下受洋流的阻碍较大。
航位推算系统进行位置解算，需要明白载体运动的航向、速度，由于载体姿态的转变，需要明白速度的水平分量，因此还需要测量载体的姿态。
在已知载体初始位置的情形下，利用相应的数学公式，能够实时解算运动载体的当前位置。
二、航向测量所谓航向，是航行器的首尾线与真北方向在水平面的夹角，首尾线在航行器上是客观存在的，而要在航行器运动的情形下找到真北方向那么比较困难，一样用磁航向仪、陀螺磁罗盘、陀螺罗经、惯导系统等。
1．磁罗盘亦称磁航向仪，是在指南针的基础上形成的。
磁航向仪利用地球磁场来找北，修正掉磁北极和真北的偏角后就能够取得航向角。
磁航向仪工作稳固，航向误差不发散，但其精度一样较差，目前最高能达到度，容易受到磁场异样及周围磁介质的阻碍。
2．陀螺磁罗盘磁罗盘具有自动定向的特性，不难看出，磁罗盘的稳固性差，定位精度低；而陀螺方位仪由于利用了陀螺仪的大体特性，稳固性好，但没有相对地球真北自动定向的能力。
陀螺磁罗盘那么结合了二者的优势。
3．陀螺罗经陀螺罗经利用陀螺仪特性灵敏地球自转角速度，用机械摆或电子摆感受地球重力加速度，再加上阻尼，实现其陀螺主轴自动找北，就组成了具有自动找北功能的指北装置。
一样陀螺罗经的精度为度(L为陀螺罗经所处的纬度值)，高精度的能达到度以下。
4．惯导系统惯导系统能提供包括航向在内的大量导航信息，具体见有关章节。
三、速度测量及误差分析航行器的速度测量仪器要紧有水速计、多普勒速度声纳、声相关速度仪、惯导系统等，由于通过对速度的积分即可取得航程，因此上述速度计也成为计程仪。
1．水速计(亦称水速计程仪)水速计的工作原理类似于汽车里程表，有转轮、涡轮、电磁等形式的水速计。
转轮水速计在载体相关于水运动时将产生转动，在必然范围内转动的圈数与相关于水的运动速度成比例。
优势是结构简单，但线性差，误差大，其精度受海流及船舶吃水、等因素阻碍，已大体被淘汰。
涡轮计程仪包括叶轮及干簧继电器两部份，每一个涡轮叶片上镶嵌有永久磁铁，当磁铁随叶片旋转到干簧继电器周围时，干簧继电器动作，触点闭合产生计数脉冲。
通过标定，能够将单位时刻内的脉冲计数值变成UUV 的速度。
对速度积分就能够够取得UUV 航行的距离。
与航向测量配合，就能够够达到导航的目的。
涡轮计程仪的优势是简单、本钱低。
其缺点是不够精准、在UUV 与水之间相对运动速度低时不灵敏，未知海流的阻碍将无法克服。
水压式计程仪应用相关于航行器水流的动压力与航速平方成正比的原理，来测量航速。
该计程仪性能靠得住，在中速和高速时的测量精度较高；但在低速时测速精度和灵敏度很差，而且其水压系统的皮托管需要伸出航行器底部，而且利用期间需要常常排气以保证测量精度，操作保护不方便，已大体淘汰。
电磁计程仪利用电磁感应原理来测量航速，属于相对计程仪。
优势是：电磁传感器所灵敏的感应电势与航速为线性关系，不仅测速灵敏度高，而且具有很宽的航速测量范围，还能够测量后退航速；不受水域或水文条件如温度、盐度、密度、压力、导电率等的阻碍；感应电势是刹时产生的，能反映瞬时的速度转变，测速精度较高。
它是目前比较普遍采纳的一种相对计程仪。
2．多普勒速度声呐(多普勒计程仪)多普勒速度声呐是一种绝对计程仪，它测量航行器相对海底的速度，而不是相对海水的速度，因此称为绝对计程仪，当其工作于水层跟踪模式时为相对计程仪。
测速精度能达到%。
利用多普勒速度声纳测量在波束方向的相对速度，结合速度声纳在航行器上的安装角，能够取得航行器在壳体坐标系内的速度。
多普勒速度声纳安装在水下航行器上，利用声纳波的多普勒效应测量航行器相对海底的速度，通过对地速的积分，结合航向信息能够取得导航解，这是一种航位推算导航法。
多普勒速度声纳仪采纳水声换能器结构，仪器本身即是发射源又是接收机。
设多普勒速度声纳的发射频率为0f ，波长为00f c =λ，c 为光速，沿波束方向的相对速度为v ，那么多普勒频移为：02λv f d = (1)关于三波束多普勒速度声纳，其发射声表面和航行器的相对位置是固定的，因此声波束的发射方向相对航行器壳体坐标系的角位置是固定不变的，如图1所示。