核动力潜艇惯性导航（核动力航母 核动力潜艇）
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潜艇导航靠什么 这项技术给潜艇装上一对“眼睛
潜艇用哪种导航系统？GPS？北斗？还是牵星过洋术……
答案是都不用，所以……
它们撞了！很惨。
撞上一座大山
2005年1月8日，美国洛杉矶级核潜艇“旧金山”号在水下航行时，以每小时46公里的速度撞上了一座海底山，98名船员受伤，1人死亡。
“旧金山”号艇首撞成一团乱麻，所幸核反应堆没有受损。
事后，艇长摩尼上校被解除职务，并遭到处分。而他在听证会上则解释，海图上并没有标明出事海域有任何海底山！
海图是由美国国家地理空间情报局提供的，他们说，那座山是新“长”出来的……
而另一次大众较为熟知的核潜艇撞击事件则是2009年，英法潜艇深海相撞，撞了后双方都不知道撞了啥，都以为是什么不明物体。直到回港查看伤势后，几番周折，两国才知道，那个所谓的不明物体原来是对方的战略核潜艇。
以上两例都是2000年以来的潜艇撞击事件，如果时间往前推，那案例多得都可以写一本书了。
不是有主动声呐吗
水面舰艇航行时有各种导航手段，即使失去一切手段，大不了还可以目视。然而，潜艇则不然，它们的导航手段屈指可数。首先是各种卫星导航不能用，因为你首先得浮上水面才可以，而如果随时上浮，那就不叫潜艇了。
不是还有主动声呐吗？你为什么不开，怕费电还是怎么的？不开的原因也很简单，容易暴露行踪。战略核潜艇的使命是确保相互毁灭，确保具有第二次核打击的机会，你若是在海下开着声呐到处畅游，追鲸鱼逗鲨鱼，这确实洒脱得很，但你已经失去作为核潜艇的意义。
这就不好玩了，潜艇深海潜航，如果不开主动声呐，那岂不是像瞎子一般？大体差不多。
这样的潜艇谁敢去驾驶？别急，因为潜艇，尤其是核潜艇，它们每次执行任务时是这样的：出行前，就提前制定好一条预先的航路。
比如这样，这只是随手举的例子，如有雷同，也不可能有雷同呀……
在这条预先的航路上，负责导航的军官会把航路上各种要素详细地标出来：那里有岛屿，这里有暗礁，还有这儿有沉船，水深是多少？海流情况怎样？等等，各种要素都会一一标出来。
问题又来了，你是给我提前预定了航路。然而，水下航行时不知道指南针好不好使，即使可用，它也不靠谱呀，万一我偏离了航向岂不是麻烦？
这里，我们就需要用到一个高大上的仪器了，它就是陀螺仪。
陀螺仪
陀螺仪有一个非常重要的特性，这就是定轴性。
上图中，外面两个框架在动，它们所代表的轴也在不断改变方向，而最里面的框架，虽然也动，但它的轴始终不变，这就是陀螺仪的定轴性，它就像指南针一样，永远指着一个方向，但比指南针靠谱。
定轴性提供了一个参考系，所以陀螺仪可以给飞机和潜艇等提供各种航行姿态的信息。
有了陀螺仪，我们就能确定，何时偏离了航向，偏离了多少等等。现代的陀螺仪已经发展到好几代了，最新的是激光陀螺仪和光纤陀螺仪，在这样的陀螺仪中，已经没有转子存在，精确性大大提高。
显然，仅仅是知道航向还远远不够，到了那座暗礁旁，我就应该往左45度开，但我怎么知道到了那座暗礁了？
这也不难。首先，核潜艇出发前，就已经知晓了自己初始位置的精确坐标，它距离那座暗礁有多少公里也是精确可知的，所以，只要行驶了多少公里后，就知道是不是已经到了那个地方，或者距离那个地方还有多远。
然而，潜艇并非从头到尾都以一个固定的速度航行，有时加速了，有时减速了，我们又怎么断定到底行驶了多少公里呢？
此时，我们又得使用另一个仪器——这就是“加速度计”。
加速度计大概原理。
乘车时，当司机突然加速，我们就会往后靠，突然减速，我们就会往前扑。根据这个原理制成的加速度计，配合各种复杂的计算，就能实时地知道当前速度，以及行驶了多少里程等。
陀螺仪和加速度计配合使用，它就是传说中的惯性导航，其为潜艇最最主要的导航方式。
核潜艇没有驾驶窗，即使有也没用，几百米深的海漆黑一片，看美人鱼那是不可能的。所以，潜艇的水下潜航，其导航方式有点儿类似于，你在黑夜里行走，而却精确地知道每一步跨过的距离，往正南方向走15步，就会到达墙的拐角，再往右23步，前方有个井，它没有井盖，必须停住，再往左30步……然后就到家了。
此时，如果有位盲人也在这条路上，那么你俩就可能相撞了。就像英法核潜艇相撞一样，当时，英法两潜艇低速行驶，噪音极低，双方的被动声呐都没有听见（也许是寂寞的声呐兵在看照片也说不准），总之是撞上了。
还有，如果你的前进道路上，前两天突然坠落一块大石头但你不知道，或者是该有的井盖结果被偷了，那么你也只能认栽。就像是美国的旧金山号核潜艇一样。
惯性导航的特点
惯性导航，其误差会随着时间累积，误差大到一定程度就得上浮校正位置。而现在的惯性导航已经很先进，误差很小。目前比较先进的舰船惯导系统，可以实现航行三天三夜只误差370米左右，随着技术的进步，误差只会越来越小。
惯导之所以成为潜艇最主要，甚至说是唯一的导航方式，是因为它有两大优点。
一是，惯导无须接收外部任何信息。无论是卫星导航还是无线电导航或者是天文导航，它们都需要浮出水面或者是靠近水面，这容易暴露目标。而惯导天不靠地不靠，只靠牛顿——惯性定律是他弄出来的。
二是，惯导不会向外辐射能量，从而也不会暴露自己，这种不声不响的品质跟核潜艇最般配。
惯导不但用在潜艇上，它还用在导弹上。有人甚至说，弹道导弹打得准不准，70%依靠惯导的精度。
因此，人们常把核动力、导弹和惯性导航称为战略武器的三大关键技术。
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核潜艇在海底航行的过程中是如何导航的？
具备弹道导弹发射能力的核潜艇是一个国家战略的基石，担负着构筑水下长城的重任。而且与其他武器装备比起来，核潜艇更加具有威慑力，俄罗斯海上力量的保持很大一部分贡献都来自于其核潜艇。一旦发生战事或者遭遇紧急情况，往往都会把核潜艇放出去。放出去的核潜艇隐蔽在合适的地点，在需要的时候便能够做到突然击敌。
如果要在神不知鬼不觉的情况下在海中航行，必须要处理好一切与外界沟通的信息源。实际上，潜艇在航行中仅仅可能在导航上与外界发生关系。难道核潜艇不怕暴露自己的位置吗？这个不必太过担心，因为现代潜艇已经有了一套自己的安全的导航方式，能够做到不被发现或者被发现的概率很小。为了避免被发现，不能使用与外界相关的导航方式，那也就是说只能用核潜艇本身带的设备进行导航了。
目前在各国核潜艇中应用比较广泛的是依靠陀螺仪为核心的惯性导航系统进行惯性导航，然后再用其他一些诸如海底地图和测量技术等进行辅助导航。由于核潜艇的惯导系统具备高度自给性，也完全不受外界影响，重要的是可以在深水大洋中保持完整的导航服务，这点难能可贵。再有，如果进行卫星导航的话，不仅面临可能会被发现的风险，而且还会受到海水影响。所以，世界各国的潜艇主要都用惯性导航平台来为潜艇导航。
惯性导航平台到底有多么优秀呢？我国曾经做过这么一次测验。一艘潜艇在仅仅依靠惯导平台的情况下，连续在水底航行近9000海里，算下来差不多有16000多公里远。最后潜艇上浮发现，与原来预定的目标点仅仅差了不到50米。在16000公里远的距离上，不到百米的误差基本上是可以被忽略掉的，这几乎达到了许多国家洲际弹道导弹的误差等级。
前文提到过，陀螺仪是整个惯性导航系统的核心部件。它的工作原理其实也并不是多么难以理解的东西，就是利用角动量守恒原理，计算角度差然后得出运动方向。然后计算出加速度，再对时间进行积分，从而实现导航。事实上，惯导系统平台也是会存在一定误差的，这个误差的修订，就需要其他一些手段进行辅助。
比如通过测岸标、天文导航和无线电导航等方式进行，由于这些都是辅助的导航方式，因此不必过度担心会影响核潜艇的实际应用。无源重力导航技术是最近这些年兴起的一种新的导航方式，它的原理是提前把路线上的重力分布图输入到惯性导航系统中去，然后通过重力场来搜索路线，再结合原本惯性导航平台，以达到最大程度精确。
除了以上所述之外，潜艇的导航方式还有许多。但可以经受的住实战考验的，还是惯性导航平台。再结合一些辅助导航系统，基本上能够做到导航上的精确，可以最大程度保证潜艇自身的隐蔽性。
核潜艇在水下航行，是如何发现和识别目标的？
核潜艇在水下航行，是如何发现和识别目标的？几百米水下，伸手不见五指，战时，潜藏于海的潜艇如何识别出几十公里外的目标，它到底是敌舰还是我舰？
仔细一想，这似乎挺难的。
核潜艇在水下潜行，它用来发现和识别目标的“眼睛”，就是声呐。对核潜艇来说，声呐是它的最重要侦察监视设备，主要用于对水中目标搜索、警戒、识别、跟踪、监视和运动要素的测定，还可以进行水下通信和导航，保障潜艇的战术机动和水中武器的使用。
从结构组成来看，核潜艇上装备的声呐一般由基阵、电子机柜和辅助设备三部分组成，上述基阵中包含的水声换能器是声呐中的关键器件，它有两个用途：一是在水下发射声波；二是在水下接收声波。
核潜艇上装备的声呐，主要有两种，即主动声呐和被动声呐，平时状态下主要以被动声呐为主。主动声呐是指声呐主动发射声波“照射”目标，而后接收水中目标反射的回波以测定目标的参数，主动声呐大多数采用脉冲体制，也有采用连续波体制的。核潜艇在水下使用主动声呐来识别和探测目标的工作原理大致如下：首先，主动地发射声波，形成单个或多个具有一定扇面的指向性波束，或以全向的声脉冲信号向水中辐射；其次，接收由目标反射的回波，回传到声呐接收基阵，被转换成电信号，经一系列相关处理，在背景噪声中提取有用信号；最后，再经信号的后置处理，加工成适于各种终端显示或计算机处理的目标信息，输入终端设备进行显示或记录即可。
难就难在，你不能主动发信号。比如，你用声呐向对方喊话：我是土豆，请问你是不是黄瓜？
假如对方不是黄瓜，3枚鱼雷就会向你射来……
潜艇最大优势是隐蔽，它们最擅长，也最喜欢干的事就是打黑枪。若失去隐蔽，也就同时失去了自身最大的优势。
因此，主动发信号还有另一个弊端：即，你的核潜艇本来非常先进，静音性能超棒，你发现了20多公里远处，有一艘潜艇在活动。但那艘未知潜艇本来还没有发现你，而你却主动打开声呐发信号，于是，你变透明了。
你说亏不亏？
既然不能主动发信号，那怎么办？难道就这么僵持着？
潜艇声纹识别
未见其人，先闻其声。
每个人的声音都是不同的，即使刻意去模仿，常人似乎听不出其差别，但使用声谱仪分析后，马上就能分辨出其细微差别。
举个例子，一直在同一个环境下长大的双胞胎，其声音连他们的亲生父母都无法分辨，但用声谱仪却能看出其细微的不同之处，这就是现代的声纹识别技术。
潜艇也如此，每艘潜艇的外形不同，发动机和内部各种机械活动部件的大不同，导致潜艇向外发出的声音也必然不同。
因此，潜艇的声纹是水下潜艇进行敌我识别的最佳方式。几十公里外，我看不见你的身影，不知你是谁，但只要能听见你的声音，就能判断敌我了。
获取敌国潜艇的声纹特征比较难，但知晓自己国家所有潜艇的声纹特征却易如反掌。
核潜艇上装备的被动声呐不发射主动声波，只是被动接收水中目标产生的辐射噪声和其它水声设备发射的信号，以测定目标的方位。它的工作原理大致相当于主动式声呐的接收过程，但信号的处理有所不同。现代被动测向声呐通常采用多波束和单波束两种体制，还可以利用若干组间距较大的水听器组成的线列基阵，在测定目标方位的同时，还可被动测定目标的距离。
导航系统： 包括磁罗经、陀螺罗经、计程仪、测深仪、六分仪、航迹自绘仪，自动操舵仪和无线电、星光、卫星、惯性导航设备等。惯性导航系统能连续准确地提供潜艇在水下的艇位和航向、航速、纵横倾角等信息。“导航星”全球定位系统使用后，潜艇在海上瞬间定位精度达10米左右。探测设备主要有潜望镜、雷达、声呐以及雷达侦察告警接收机。潜艇在水下将潜望镜的镜头升出水面，可用目力观察海面、空中和海岸情况，测定目标的方位、距离和测算其运动要素。现代潜艇在潜望镜上安装有激光测距、热成像、微光夜视等传感器，具有夜间观察、照相和天体定位等功能（见潜艇潜望镜）。雷达，通过雷达升降天线能在水下一定深度测定目标的方位、距离和运动要素，保证潜艇航行安全和对水面舰船实施鱼雷或导弹攻击，雷达侦察告警接收机的天线采用专门的升降桅杆或寄生于其他升降装置上，保证潜艇在潜望镜航行状态时对敌方雷达的侦察告警。声呐是潜艇水下活动时的主要探测工具，有噪声声呐和回声声呐。噪声声呐能对舰船进行被动识别、跟踪、测向和测距；回声声呐能主动测定目标的方位、距离和运动要素。此外，还有探雷声呐、测冰声呐、识别声呐和声线轨迹仪等。
水下的核潜艇如何识别敌我？
每艘潜艇都有自己国家其他潜艇的声纹特征，只需要使用声谱仪分析后，马上就能分辨出其细微差别，辨别出是敌是友，并且潜艇的声纹是水下潜艇进行敌我识别的最佳方式。
举个例子，一直在同一个环境下长大的双胞胎，其声音连他们的亲身父母都无法分辨，但用声谱仪却能看出其细微的差别，这就是现代的声纹识别技术。
潜艇也如此，每艘潜艇的外形不同，发动机和内部各种机械活动部件的大不同，导致潜艇向外发出的声音也必然不同。
因此，潜艇的声纹是水下潜艇进行敌我识别的最佳方式。几十公里外，我看不见你的身影，不知你是谁，但只要能听见你的声音，就能判断敌我了。
获取敌国潜艇的声纹特征比较难，但知晓自己国家所有潜艇的声纹特征却是易如反掌。
你很难想象这样的事：即，一支60人的突击连队，你是其中一员，有一天，上战场并分散开后，你在一片树林里看到了一个战士，而你却无法确定这个人是不是自己连队的，因为你记不清连队中所有人的相貌。
你说，这事可能吗？不可能。
深海里，一艘潜艇的声纹，本质上说，它就是这艘潜艇的“外貌”，且是水下的唯一“外貌”。
所以，一艘潜艇没有自己国家其他潜艇的声纹特征，这是不太可能的事。
到这里，可能有网友又会有疑问。一个人的声纹是固定的，但如果这个人感冒了，或者昨夜喝了1斤烈酒并吃了二两朝天椒，他的声音可能就是略带沙哑了。此时，同一个人，却会有不同的声纹特征。而潜艇也如此，比如说，某艘潜艇的发动机带有一点小故障，却又无伤大雅，无须修理，此时，潜艇的声纹必然会有变化，那己方潜艇是不是就不认识它了？
显然，潜艇的发动机或者其他机械部件有小故障，声纹当然会改变。然而，这对于潜艇来说依然不是问题。
因为潜艇的声纹特征不是一座大山，它只是没有重量的数据而已，数据的传输非常容易。把潜艇新的声纹特征统一群发给各潜艇即可。
敌方潜艇声纹
实际上，利用潜艇的声纹特征识别出我方潜艇，这对于任何有潜艇或核潜艇的国家来说都不是问题。
最大的问题是如何获取敌方潜艇的声纹特征。在这方面，如果根据公开的资料来评断的话，美国排名第一。
冷战时期，美国利用深海声通道建立起全球潜艇跟踪系统，这导致前苏联的大部分潜艇行踪都被监听着，可后来，美国出了个内奸，约翰·安东尼·沃克，他把这个潜艇跟踪系统出卖给了前苏联的克格勃。
为了采集苏联潜艇的声纹特征，美国甚至派出潜艇到苏联潜艇基地外围进行监听，监听的次数多了，美国私下里甚至把苏联各潜艇的噪音大小做了一个排行榜。
综上所述，一个国家通过努力和不停的监听，都能获取另一个国家潜艇的声纹特征，那么，自己国家潜艇的声纹特征更是不在话下了。
最后，虽然海无边，但潜艇在水下的行踪并非随心所欲，根据惯性导航的原理，潜艇的行踪一般是一条预先计划好的路线。
当然，你也可以随时改变路线，想怎么航行就怎么航行，但代价是，你可能因此撞上一座海底山。
既然潜艇出行前，其路线是大体计划好的。那么这个路线，其他己方潜艇也可以共享。也就是说，到了某个海域，你探听到了某艘潜艇的活动，但你已经提前知晓，这是我方某某某潜艇的活动范围，于是，你也能借此辅助判断敌我了。
而在另一片海域，我方潜艇根本就没有在这儿活动的计划，它是你独有的巡逻地盘，可这片海域却有一艘潜艇在悄悄活动，此时，你就该进入战斗状态了。
