20 世纪80 年代以来，随着水下通信、水下定位导航以及自动控制等关键技术的突破，水下无人航行器（unmanned underwater vehicle，UUV）快速发展，在水下无人作战、水下侦察和海洋战场环境建设等军用领域，以及在海洋测绘和海洋地质勘探等民用领域均得到了广泛应用。随着水下任务难度和复杂度的不断提升，单体UUV 的性能指标已无法满足要求，以集群的形式互相协作成为UUV 发展的必然趋势，多个UUV 协同工作，形成面向特定任务的集群体系，可以起到“1+1>2” 的作用。
▲ 我国研发的系列UUV
统一时空基准下精确的位置信息对于单体UUV 执行任务，以及UUV 集群的编队构型控制、路径合理规划和相互协同作业起着决定性作用。海洋环境的复杂性给高精度定位带来了诸多不确定性，单一的定位技术很难满足水下UUV 定位导航的要求。在陆地上广泛应用的全球导航卫星系统技术在水下不再适用，甚至在UUV 浮出水面时也很难实现快速高精度定位。惯性导航技术是水下定位导航的主流方法，但由于惯性测量元器件的自身属性，传感器噪声和系统漂移会随时间的增长而不断累积。以多普勒计程仪为代表的水声定位技术易受海洋环境等因素的影响，如海流干扰、水文参数变化等。
▲ 大编队下UUV 集群协同定位示意图
UUV 导航定位技术主要关注精确性、隐蔽性、连续性、可靠性、实时性和海域适用性等性能指标。以惯性导航技术为主体，结合声学定位等新型辅助导航技术，实现单体UUV 多系统融合定位，是目前UUV 定位导航的主要方法。对UUV 集群定位，在上述组合定位技术基础上，利用声学通信的同时，通过时间同步，完成相互之间的距离测量，然后进行多源导航信息融合滤波，实现集群UUV 多平台间协同定位。UUV 协同定位通过增加多余观测，优化编队构型，可实现连续稳定、自主隐蔽的高精度水下导航定位。
▲ UUV 集群协同定位软件平台UCLS
UCLS 软件平台的研制计划是能够完成UUV 集群协同定位数据的处理与可视化展示，能够进行模拟条件下的GNSS、INS、DVL、压力深度计和水声测距等多源传感器数据的仿真和观测数据的输出
信息工程大学柴洪洲教授研究团队在国家自然科学基金等项目的支持下，开展了UUV 自主定位和集群协同定位研究，针对水下UUV 空间基准获取、动基座初始对准技术、自主定位技术、集群编队构型设计、数据融合方法以及定位质量控制等方面存在的关键问题，提出了UUV 自主定位和集群协同定位及其质量控制的一系列理论和方法，并伴随研究过程开发了功能完善的UUV 自主定位和集群协同定位软件平台。
本书可作为海洋工程、导航制导与控制、无人装备工程和智能无人系统等水下无人航行器协同定位相关专业的高年级本科生、研究生的教学用书和参考用书，也可供从事相关专业的科研和工程技术人员阅读和参考。
本文摘编自《水下无人航行器协同定位技术》（柴洪洲等著. 北京：科学出版社，2024. 6）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-077612-9
责任编辑：崔 妍
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