海洋大地測量基準與水下導航系列之九我國海洋PNT最新技術進展（下）

三、海洋PNT技術裝備研發與工程化應用

1.海底基準裝備

研制了首批適應海洋環境的多型海底基準站裝備，在我國南海海域成功布設了定位精度優于0.25m的海底大地測量試驗基準網，實現了我國海底大地測量基準技術零的突破。基準方艙具備穩固、抗壓、防腐、防拖曳等特性，解決了海底基準方艙放得穩、待得久、測得準等核心關鍵技術，實現了我國海底空間基準核心裝備與技術“從無到有”的重大突破。

2.海洋INS/重力匹配導航裝備

在2018年9月19~23日第二十屆中國國際工業博覽會期間，我國自主研制的重力匹配導航系統，作為“地球觀測與導航”展區4項高新技術成果之一參展，展示了我國重力儀、重力梯度敏感器以及在重力匹配導航系統研制方面取得的最新成果。

20世紀中后期，中國的重力儀研制工作逐漸步入正軌。中國科學院測量與地球物理研究所成功研制CHZ型海洋重力儀，多次和KSS-30型重力儀進行同船測量，對比評估結果發現水平相當。進入21世紀，中國海空重力測量技術取得較大進展。經過多年跟蹤捷聯慣導重力測量技術，國防科技大學于2008年推出了具有自主知識產權的SGA-WZ01型重力儀，內符合精度達到 3.2mGal/4.8 km。中國船舶重工集團公司707所采用雙軸穩定平臺為重力傳感器提供水平支撐，2010年推出了GDP型重力儀原理樣機，海洋重力測量精度可達1 mGal。

707所ZL11-1A重力儀的技術參數（2019年）

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為了驗證 ZL11-1A重力儀的測量精度和穩定性，2018年6月4~25日期間，使用向陽紅06號綜合科考船，在南海北部與GT-2M和CR海洋重力儀進行同船比對試驗。

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將GT-2M重力儀的實測數據作為“真實”重力異常驗證LCR和ZL11-1A海洋重力儀的外符合精度。分別用LCR和ZL11-1A重力儀在每條重復線上的均值減去GT-2M在每條重復線上的均值的差值，來評估各自的外符合精度。其中，LCR的外符合RMS精度為1.03 mGal，ZL11-1A的外符合RMS精度為 0.23mGal。

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與國防科技大學重力儀技術同源的DG重力儀技術參數2025年

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2020年9月，dgShip船載重力儀搭載海洋四號測量船在珠江口外海進行了儀器精度測試，完成了重復線和交叉點測量測量。重復線精度優于0.3mGal。交叉點平差前精度0.38mGal，平差后0.18mGal。2020年9月，完成南海某區域船載重力測量任務，通過重復線和網格線檢驗了儀器的性能。重復線精度優于0.3mGal，交叉點平差前精度0.38mGal，平差后0.18mGal。?2021年3月在武漢木蘭湖開展重力測量湖試，測量船采用木蘭6號游船。該船采用電機驅動，噪音小，運行平穩，有利于提高測量精度。本次湖試合計完成了4條測線，約26公里。圖 3為重復測線的重力值曲線，內符合精度0.07mGal，優于0.1mGal。動態精度突破0.1mGal得益于重力傳感器的高靈敏度和穩定性。

中國重力梯度儀研制從“十一五”開始，經過10 年發展，中國重力梯度儀核心器件加速度敏感器的靈敏度達到了1×10-8?g，分辨率為70 E。2010 年，中國科學院武漢物數所研制的原子干涉重力儀樣機的分辨率已達到6×10-9?g，其中垂向原子重力梯度儀精度為7.5 E（1 E = 1X10-9?/s2 = 0.1 μGal/m），水平原子重力梯度儀精度為7.4 E。華中科技大學、浙江大學和浙江工業大學在垂向原子重力梯度儀的技術上取得了重要突破。華中科技大學的原子干涉儀用于重力測量時靈敏度可達5.5×10-9?g/Hz1/2,重力梯度儀的靈敏度為670 E/Hz1/2。浙江大學研制的原子重力儀精度為10-8m/s2。中國重力梯度測量所采用的理論與技術包含了國際上的主流方案，但距國際先進水平仍有一定距離。

重力匹配導航系統能夠有效提升水下運載體高精度長航時自主導航能力，該系統歷經遠洋船載重力測量和多型機載航空測量的應用考驗，航程遠達東南太平洋，逾6萬海里，歷時三年，填補了國內空白。2019年7月，歷時22天，又圓滿完成了南海試驗海域海洋重力匹配導航試驗驗證。系統硬件、軟件、核心算法均為自主知識產權。實時重力測量處理精度優于3mGal，試驗區匹配定位精度優于1海里，達到國際先進水平，為我國水下運載體的長航時、自主、隱蔽導航儲備了技術力量。

中國的重力輔助匹配導航技術研究始于20世紀90年代，主要研究單位有武漢大學、中國科學院測量與地球物理研究所、北京理工大學、信息工程大學、哈爾濱工程大學以及國防科技大學等。其中，信息工程大學提出將無跡卡爾曼濾波算法用于重力匹配導航。中國科學院測量與地球物理研究所圍繞桑地亞慣性地形輔助導航（Sandia? inertial terrain aided navigation，SITAN）算法和貝葉斯算法開展了重力匹配算法的研究。武漢大學基于迭代最近等值線（iterative contour closed point， ICCP）算法研究了重力異常的序列匹配算法，實現位置經緯度誤差從1.443′下降到0.26′。哈爾濱工程大學將克里金插值重構算法用于重力基準圖的重構，獲得了高密度、高分辨率的網格化數字圖。北京理工大學長期深入研究重力匹配導航技術，研究出以矢量匹配為代表的一系列匹配定位算法。西安測繪研究所楊元喜院士團隊在南海某海域開展了多次重力匹配導航實測試驗，匹配平均導航精度可達0.34 nmile。由于受到重力測量儀器的限制，中國大多研究還處于原理探索與仿真研究階段，其相關成果主要集中在重力匹配定位算法、重力數字圖構建等領域，與國外相比仍有較大差距。

3.海洋聲學導航定位技術裝備工程化

近年來，國內團隊自主研發了GNSS-A綜合海底高精度定位軟件平臺，構建了全球海洋重力異常模型、聲線誤差修正模型和水下差分定位等一系列新模型，使海底空間基準定位精度顯著提高。

哈爾濱工程大學研制的深海高精度水聲綜合定位系統安裝于中國科學院深海科學與工程研究所“探索一號”科考船上，為4500m級載人潛水器“深海勇士號”提供了全航次下潛的定位導航服務，為開展海底地形地貌測量、近底觀測取樣、海底標志物布放、深海生物拍攝和抓取提供了高精度、連續、穩定、可靠的定位信息。在綜合定位系統的輔助下，載人潛水器10分鐘即找到目標，系統有效率超過90%，滿足了“深海勇士號”載人潛水器的定位應用需求，體現了我國在聲學定位方面已擁有獨特的技術優勢。

孫大軍教授團隊先后攻克了深海高精度超短基線定位（獲2016年國家技術發明二等獎）、融合水面超短基線陣列和海底分布長基線陣列的綜合定位等關鍵技術，解決了海洋聲速慢、平臺運動帶來的大時延異步高精度定位難題，研制的具有自主知識產權的水聲綜合定位系統（2017年授權發明專利6項），深海定位精度達到0.3米、定位有效率超過90%，綜合技術水平進入世界領先行列。

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