海洋导航者

2016年1月12日早上8点，西南印度洋上阳光明媚，在止荡绳的牵引下，“潜龙二号”缓缓没入水中，它好似一条黄色的“胖鱼”迅速向下游去，很快便消失在视野范围之内。

它要游向何方？导航系统自会告诉它答案。导航就好似运载体的眼，可以带它们到达任何未知的地方。

徐博的工作就是使这双眼变得更加炯炯有神。涉足海洋运载器导航领域以来，他积极开展了惯性导航、组合导航、初始对准、信息融合研究，将理论建模、仿真分析与实船验证相结合，为此徐博投入了大量的精力与心血。

描绘汪洋中的无形坐标

在海洋运载器导航设备领域，常常会听到AUV这个英文缩写，它全称为“自主式水下机器人”，相对应的是有缆水下机器人。由于无缆水下机器人具有活动范围不受电缆限制，隐蔽性好等优点，从20世纪60年代中期起，工业界和军方开始对无缆水下机器人产生兴趣。经过发展，它们应用广泛，在民用领域可用于铺设管线、海底考察、数据收集、钻井支援、海底施工，水下设备维护与维修等；在军用领域则可用于侦察、布雷、扫雷、援潜和救生等。

直至21世纪，我国力争在“开发利用深度资源、加强深海探测与科学研究、提高海洋综合防卫能力”这3个重要战略上取得突破性进展，亟待开展深远海空间站等军民用深海装备的关键技术研究和装备研制，提升深海探测开发和海洋综合防卫能力，为打开我国深海经济领域和国防建设的新局面提供强有力的技术支撑。

国家发展大背景下，传统单一的AUV已不能完成或不能高效完成复杂任务，于是水下多AUV编队协同作业模式应运而生。受高成本和水下环境限制，多AUV编队可以通过高低精度搭配、导航信息网络共享从而实现整个编队的高性能定位与导航，这叫做“多AUV协同导航”。“水下多AUV编队协同作业也是今后国家的重点关注领域，而水下环境的复杂性也对多AUV协同导航提出了更高的要求，目前国内的研究还停留在理论推导与仿真阶段，因此确立了将水面/水下运载器的编队协同导航性能优化为今后的研究方向”，徐博说道。

“十二五”期间，我国海上能源战略将更为主动，徐博参与了大量的相关装备的预先研究工作。他以项目负责人身份承担了相关的水面无人艇协同导航技术研究。徐博坦言，在多运动平台编队导航领域，我国与国外发达国家的差距非常明显。经过数年的工作，2015 年该项目终于顺利通过了水上实验验证预验收。“项目虽然顺利完成，但是为进一步提高导航性能与精度，仍然有很多问题值得深入地思考和研究”，喜悦的同时徐博保持着冷静。

“多AUV的协同导航在运动方式、工作环境、设备配置、工作时间与负载等方面都有其特殊性”，AUV在水中的运动为六自由度的空间运动，包括下潜、上浮、定深直航、变深潜浮、转向机动等，而且其在水中同时受到重力、浮力与水的阻力等同时作用，因此推进动力参数、外测速度参数、姿态参数的变化规律和地面上的运动机器人等平台的运动有着本质的区别。诸多技术难点摆在面前，实现精准多AUV协同导航绝非易事，任重而道远。

助力海洋导航大发展

出生在20世纪80年代，求学在21世纪的徐博，行走在我国海洋导航领域发展的黄金时代。20世纪初期，无线电测向成为航海和航空的一种导航手段。虽然其后有陀螺罗经、卫星导航、惯导陆续应用，但因其定位时间短，精度高，误差不受时间、天气限制等优点至今仍广泛应用于近海领域的船舶导航。可是，我国在此领域长期空白。郝燕玲教授便迎难而上，带领团队打出了一片新天地。她是我国海洋运载器组合导航系统开创者之一，后来徐博也成为她门下的学生。

郝燕玲教授所在的海洋运载器导航设备研究所，是国内唯一全面系统地从事海洋运载器导航理论及工程技术研究的高校科研机构，在舰船综合导航系统技术领域代表了国家最高水平。加入这个大团队无疑是站在巨人的肩膀上，这让徐博看得更高更远，脚下的步伐也越发坚定。

2007年，徐博参与了国家自然基金项目“水下自主潜器综合导航系统不定度规空间滤波方法研究”，项目的创新之处是从另外一种角度，也就是不定度规空间的视角对水下运载器导航系统进行描述，并提出滤波方法框架。项目荣获2011年黑龙江省科学技术奖二等奖。接着，他作为主要完成人完成的“某平台制导技术研究”项目获得中国人民解放军军队科技进步奖二等奖。这次徐博把基于光纤陀螺的惯性导航技术运用至水面作战平台上，并先后在无锡太湖试验多次，证明其可极大提高平台定位导航性能。

在前期研究的基础上，徐博申请了国家自然基金项目“基于分散式增广信息滤波的无人艇协同导航算法研究系统”。为什么是分散式？协同导航方式分为集中式和分散式两类，集中式可靠性较低，“所有的信息都集中在一起处理，一旦出现故障，整个编队的性能都会受到影响”；而分散式的可靠性就相对高，运算量和通信量都会大大降低。“涉及多传感器信息融合时，如何才能在尽可能保证信息实时性和滤波精度的前提下，把滤波与信息融合最优地分配到各个运载体上分别计算，是我们意在解决的问题”，换言之，项目的目的是在实际运用中解决系统导航性能和运算通讯负载之间的平衡问题。

随着“十三五”到来，徐博的研究从水面的无人艇转向水下AUV潜器。“这5年我们计划进入水下，因为水下发展区域更广，需求更高，但是水下的环境比水面恶劣很多。”

水下恶劣复杂的工作条件决定了AUV必须具备体积小、重量轻、低功耗的要求，同时还要考虑到水下环境的特殊性，如未知的洋流、复杂的水文、地形环境等。和其他多平台协同导航相比，水下环境决定了AUV只能以惯性导航设备、DVL和水声通信与测距装置为核心传感器，使用基于相对位置测量的滤波模型，“目前惯性导航短航程条件下定位精度高，但误差会随时间不断累积，使导航精度降低；声学测距精度较高，但需在载体上安装相应水听器，并且和无线通信相比，必然存在通信时间延迟、传输距离受限等问题。”

难题当道，徐博依旧奋勇直前。近年来，围绕水面/水下惯性导航与协同导航方法展开研究，徐博共申报专利10余项。其中惯性导航相关专利技术应用于我国水面舰船首套光学惯性导航设备研制中，在海军组织的招标比武中取得优异成绩，并且将该算法改写为DSP程序，嵌入到海军装备的光纤航姿设备系统中，发挥了巨大作用。专利的相关算法适用于水下惯性导航系统的误差的快速收敛，还可以为其余的任何需要长时间收敛的阻尼系统提供技术借鉴。

作为青年教师，徐博主讲了本科生课程2门、研究生课3门，其中省级精品课1门、校级精品课1门。最令他欣慰的是，在指导的硕士研究生中先后有3人获得国家奖学金。徐博也荣获了学校教学建设工作三等奖、优秀硕士生指导教师等称号。

困难和收获并存，不能因为收获而一劳永逸，也不能因为困难而止步于前。未来，徐博希望在多AUV协同定位可观测性分析与迭代EKF算法、改进的非线性CKF滤波信息融合算法、基于延迟滤波器的通信时滞处理、自适应鲁棒滤波协同导航算法等方面取得一些突破性进展。浩瀚的海洋上，因为有了像徐博一样的海洋人，海洋在渐渐揭开她神秘的面纱……