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核潜艇在海底航行的过程中是如何导航的？
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谢邀，W君不是在天津吗？天津有一个机构叫做707所。这是一个中国惯性导航的领头机构。
之前在讨论陀螺仪的时候W君提到过这个研究所。
毫无意外的是我国的潜艇其实都是使用707所的平台惯导仪进行导航的。
也就是这个东西。
其实呢，原理很简单，还是基于陀螺的角动量守恒原理。通过测量陀螺仪旋转中轻微的变化计算加速度。
这个东西的精度有多大呢，707所的一个实验，利用093潜艇单纯使用平台惯导航仪进行导航，从中国这边开到圣克里门第岛边上，航程将近9000海里，直接上浮后测量位置误差不足60米。
这个概念就好像800里外开一枪，打中一只苍蝇腿的感觉了。
其实，在潜艇中导航，平台惯导是最好的一种导航手段。我们都知道海水并不是一潭止水，会上上下下左左右右的运动。
潜艇在海中行驶的过程中，会被海流带动造成不同程度的偏航。在这样的条件下，就需要对海流造成的位置偏移进行补偿。这时平台惯导仪就起到了至关重要的作用。
任何方向轻微的加速度都可以被平台惯导仪转换成电信号，然后交由动作机构进行补偿。同时，平台惯导仪是一个封闭的自导航系统，工作的时候并不需要接受外部参考信号，只需要记录加速度特征就可以完成工作。这样第一不会像GPS一样被海水隔绝，同时也不会像无线电信标导航一样被敌人干扰。
这基本上是目前先进潜艇的一个很重要导航方式。
其他的方式类似于海中的声纳阵列导航
其实和GPS导航差不多，只不过将无线电波替换成了声波。但这种导航系统会受到海水不同温度盐度影响造成导航失准。也基本上是不靠谱的导航方式。
再如地形匹配导航，利用特征点地形的声纳目标特征进行导航也是有的，但也因为没有平台惯导好用几乎都停留在备用阶段了。
所以，现代潜艇用什么导航，这个问题的答案是——平台惯性导航仪。
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潜艇特别是核潜艇属于战争中的无形刺客，它们通常在几百米的水下长期潜航，以对敌人发动出其不意的偷袭而见长！而水体对于大多数波段的电波有强烈的屏蔽效果，因此潜艇与地面指挥中心只能通过穿透性极强但是传输效率又极低的超长波电台进行单向通信，由于潜艇在水下无法主动发送信息，为了防止与地面指挥中心失去联系并且不至于迷路，潜艇在出航时一般选择的是通过标定预定的作战区域出航，通过预先规划的固定航路出海执行任务。（超长波电台天线阵列延绵几百公里甚至上千公里）
那在茫茫的大海之中，在没有参照物的情况下，如何知道自己身处何方，离目标还有多远呢？早期潜艇主要依靠的人工航路推算法，依靠计算潜艇的速度和时间以及大致方位，得出在某一方向航行的距离，然后对照海图和自己的出发点就可以计算出自己所在的大致方位。（海图作业是早期水兵的必备功课之一）
但是人工进行的航路推算会因为人工记录和计算的误差导致潜艇在长时间航行后发生航向偏离，因此现代潜艇还会装备类似于弹道导弹的惯性导航装置，惯性导航装置通过复杂的加速度计和陀螺仪可以比较精确的计算出潜艇的实时位置，并且主动进行航路修正和提醒。这种方式比人工航路推算的准确度要提高不少，其最大的优点就是不依靠外界辅助定位，安全性和抗干扰能力较强，战时不需要浮出海面，能最大限度的确保安全，不过这类装置随着时间和航程的推移，仍旧会累积出不小的误差，这也是为什么洲际弹道导弹大部分采用了惯性导航装置，但是最后的圆概率误差仍旧会达到百米甚至千米级的原因。（惯性导航装置）
也正是因为这两种仅仅依靠数学计算的导航方式避免不了误差，所以潜艇要最大程度的确保自身航向正确，就必须每隔一段时间上浮至潜潜望镜深度，通过通信浮标与卫星和地面基地进行双向互通，定位自己的准确位置，进行航路偏移的调整，并且接收新的指令和汇报自己的任务情况。（通信浮标）
虽然导航问题解决了，但是潜艇要是在水文条件复杂的不明海区航行，最依赖的装置依旧是潜艇主动声呐，主动声呐能够不断地向外发射声波，通过收听分析反射回来的声波，可以确定潜艇四周是否有凸起的海底山峰或者水下冰川，可以确定自身是否与海底保持着一定的安全距离，能够避免发生触礁或者触底的危险事故，提高潜航的安全深度。2009年英法两国两艘核潜艇在大西洋相撞，最主要的原因就是因为双方都没有开启主动声呐，从而完全不知道对方的存在，因此而酿成了悲剧！（潜艇声呐）
不过主动声呐虽好，也万万不可贪杯，主动声呐发出的声波在作战中容易被敌方的反潜舰艇监听，从而暴露自身位置，进而成为被攻击目标，因此这一行为的危险系数还是挺高的！为了减少潜艇开启主动声呐的次数，各国需要为潜艇作战进行大量的前期准备工作，其中最主要的就是对全球各大海洋进行水文地形地貌的探测，形成高精度的海区地图，潜艇在作战中就能够依据这些地图进行准确无误的位置判断以及障碍物规避，最大限度的减少主动声呐的开启，提高自身作战的隐蔽性，达到不鸣则已，一鸣惊人的作战打击效果！现在大家知道为什么美国的水文侦查间谍船喜欢全世界到处跑了吧？（美国海军无瑕号海洋侦查船，专为反潜作战而生的间谍船！）
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看了众多的野外求生节目，让我们见识到亚马逊丛林的恐怖。一叶障目的森林中，就算大白天也经常迷路。
潜艇深海潜航，可比亚马逊丛林恐怖多了。这里黑漆漆的，没有一丝光亮，洋流涌动暗礁林立，火山地震频发，还有诡异的海底断崖，仿佛在另外一个世界中，步步惊心！
在这危险境地中，潜艇还要辨别方向寻找目标，除了大无畏的勇气，高精尖的导航设备也必不可少。
潜艇导航方法有很多，但水下导航比陆地、天空、水面上困难得多。到现在也没有绝对精确的方法，需要经常定位，以修正误差。
1、地面导航。
这是一种古老的导航方式。潜艇沿海岸线航行，能看到陆地灯塔、高山、高大建筑物等地标。它们的坐标能从海图上查出来。
用两条地标连线延伸相交，就能得到潜艇坐标。若地标只有一个也不要紧，结合海图上的等水深线，也能确定潜艇位置。
2、航路推算。
这也是一种古老的导航方式。潜艇出发的位置是知道的，用罗盘、陀螺仪罗盘测出航向；从航海日记中查阅速度、时间，再计算出距离，就能在海图上标注出当前位置。
但这种方式误差很大，海洋中有海流，沿岸海流速度还很快，达4~5海里/小时，对潜艇航向航速干扰很大，从而让推算误差加大。所以需要其他定位来纠偏。
3、惯性导航。
这是潜艇目前的主流导航方式。惯性导航有陀螺仪、加速度计。陀螺仪测航向，加速度计测速度变化，通过一系列复杂的二次积分运算，加上潜艇初始位置，就可以得到当前位置。
惯性导航是无源导航，不需要借助任何外部信息，隐蔽性极强，具有非常高的实战价值。但惯性导航随时间增加误差增大，必须要定位纠偏。否则误差越来越大，潜艇会触礁撞山的。
4、无线电导航。
潜艇在水面状态行驶，或有条件放出浮标天线时，可以跟水面舰艇一样借助GPS、欧米伽等导航系统确定位置。欧米伽系统是GPS之前，第一种覆盖全球的双曲线定位系统，使用低频电波为航海服务。
无线电导航又快又好，但潜艇却无福随时享用。因为海水对电磁波很不友好，水下电磁波衰减很快，几十米就无能为力了。
5、星光/天文导航。
借助太阳、月亮、星光等天文现象，确定方向推算位置。
除无线电导航外，其他各导航方式都存在坐标不精确，误差较大的问题，需要定位纠偏。
在水面上好说，GPS随叫随到。水下就只能依靠水声定位、地球物理信息定位等方式了。地球物理信息又分为地形匹配、地磁匹配、重力匹配等。
1、水声定位需要预先在海底铺设应答器，它们的坐标是确定的，也是高度保密的。潜艇经过时向应答器问询，应答器反馈后算出坐标。
水声定位分长基线、短基线、超短基线。长基线不受水深限制，定位精度高，但系统复杂，布设回收时间长；超短基线小巧灵活，但精度稍差。在实际中，通常组合使用。
2、应答器不是随时随地都有的，没有时候就需要海底地形匹配定位了。这可是高精尖系统，需要大量精确而广阔的海底地形图，还需要先进算法匹配，如地形相关匹配算法、卡尔曼滤波算法、直接概率准则算法等。对各国来说，这是非常高端的科研项目。
和平时期，潜艇出海的一大任务就是测量海底地形，测量船也要满世界溜达。有了精确地图和先进算法，潜艇才能在战时畅通无阻。
目前潜艇水下导航仍是个难题，精确度还有很大提高空间。随着蓝绿激光、激光声遥感、重力场、磁场等技术快速发展，未来潜艇水下导航、定位将更快更精确，战斗力也更加强大。
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如同汽车在路上行驶一样，核潜艇在水下航行时也需要进行导航。目前核潜艇主要依赖三种导航系统，即惯性导航系统、普通导航和电子导航。
惯性导航系统主要由陀螺仪和加速度计来判断航向数据，进而帮助潜艇控制航向和速度。潜艇在水下航行时，因为受到水下环境和潜艇姿态变化的影响，它很难做到四平八稳，这时陀螺仪便可以为潜艇提供航行姿态信息。陀螺仪的内部有一个定轴，这个轴可以始终保持稳定，而它的外部有两个框架，框架一旦发生移动，就表示它们所代表的方向轴发生了偏移。经过与定轴对比后，就可以得到移动的方向和角度等参数了。加速度计的原理也不复杂，它是利用惯性原理，将弹簧放置在物体的两端，当物体移动时弹簧发生形变引起弹力变化，这个弹力的变化就可以反映出加速度的变化，再通过一系列计算便可以得到潜艇速度和航程数据。
（陀螺仪模型）
（加速度计示意图）
惯性导航不依靠外力，就可以获得相关的导航数据，对于潜艇这种要求高度隐秘的装备来说，堪称量身定做的导航设备。不过它计算出来的导航数据往往存在误差，而且也会随着时间的推移逐渐增加大，最终致使导航精度变差。近年来，随着激光和电子技术的应用，惯性导航的精度得到了很大的提升，误差基本可以控制在几十至几百米的范围内。
（惯性导航平台示意图）
除了惯性制导外，一些比较古老的导航设备也在使用。比如磁罗经、六分仪等，虽然它们算是“老古董”，但是依然可以用于辅助导航定位。除此之外，还有电子导航系统，比如无线电导航和卫星导航系统。它们可进行全天候定位导航，而且速度快精度高。不过这两种导航系统都需要与外界联系，所以它们很容易暴露潜艇的位置，而这无疑增加了潜艇暴露的风险。
（卫星导航系统的精度高速度快）
（潜艇通讯天线）
正因如此，核潜艇在水下主要还是利用惯性导航系统进行导航，至于其他导航方式多为辅助手段。在潜艇出海前，往往会提前规划好路线，标注好海底状况，这样也能为核潜艇提供一定的导航和航行安全。
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潜艇在水下主要依靠陀螺仪进行惯性导航，在海图上进行航位推算。但惯导的误差会逐渐积累越来越大，所以长时间潜航需要定期到水面进行修正。过去是靠传统的天文定位。现在可以用卫星定位。这个修正不必整个浮出水面，在潜望镜深度把相应的桅杆伸出水面就可以了。
