如果你開車不認路，有車載GPS幫你引路；翱翔在無垠藍天，GPS就是飛機駕駛員的“眼睛”；行駛在茫茫大海里，GPS指引你回家的路。
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(簡稱GPS)現(xiàn)在對于人們來說，是再熟悉不過了。汽車、飛機、航船，只要是與定位和導航有關的，GPS上天入地，無處不在。但是，再強大的東西也有它所不能抵及的地方。由于無線電波無法穿透水下，對于廣大的海洋水下空間，衛(wèi)星定位技術卻不能直接使用。
然而，“十五”國家863計劃項目“差分GPS水下立體定位系統(tǒng)研制”的成功，開發(fā)出了我國第一套水下高精度導航和定位系統(tǒng)，填補了我國在此領域的空白，這一成果可望實現(xiàn)全球陸地、空間和海洋的一體化無縫導航。
GPS技術和聲納技術的完美結合
20世紀70年代，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的開發(fā)為地球裝上了“千里眼”，它使整個地球表面以及地球的大部分外部空間實現(xiàn)了全天候定位、導航，廣泛應用在交通運輸、地形測圖、精準農(nóng)業(yè)、防災減災等諸多領域。
一旦擁有GPS，浩瀚天際任你游。但令人遺憾的是，多年來水下卻成了GPS的“盲區(qū)”。由于無線電波無法穿透水，特別是海水，所有衛(wèi)星定位導航技術在海洋水體內部“失靈”。因此，衛(wèi)星定位系統(tǒng)不能直接滿足江河、湖泊、海洋等水下導航和定位的需求。
“盡管無線電波不能夠在海水中傳播，但是，聲音信號在海水中確有很好的傳播特性。通過水聲信號在水中的傳播，可以實現(xiàn)水下定位、導航、探測等。”項目組副組長、中國測繪科學研究院副院長程鵬飛說，將GPS技術和聲納技術結合起來，開發(fā)適用于廣大的海洋內部空間的導航、定位系統(tǒng)，可以實現(xiàn)全球陸地、空間和海洋的一體化無縫導航。
自15世紀意大利藝術家、科學家達芬奇利用聲管聽到水中的聲音以來，聲納技術發(fā)展至今已有500多年的歷史。“早期的聲納接收機功能比較簡單，只是把應用于雷達和無線電通訊信號處理技術移植到聲納系統(tǒng)中，因此并沒有發(fā)揮其應有的作用。”程鵬飛說，近年來，隨著微電子技術、信號處理技術的發(fā)展，聲納技術有了長足進展。
但是，把GPS技術和聲納技術結合起來，這在國內還是頭一回。“國外有幾個國家有這方面的研究，但實行技術封鎖，我們沒有資料可以參考和借鑒。”
為攻克這樣一個全新而又極其重要的交叉學科領域，2002年中國測繪科學研究院與中國船舶重工集團公司第七一五研究所共同承擔了“差分GPS水下立體定位系統(tǒng)”的研制開發(fā)。
中國測繪科學研究院的優(yōu)勢在大地測量，而中國船舶重工集團公司第七一五研究所的優(yōu)勢是水聲工程，強強聯(lián)合，集成創(chuàng)新為項目的成功研制奠定了基礎。
2004年，水下GPS系統(tǒng)經(jīng)在浙江省千島湖進行的試驗表明，對于水深45米左右的水域，系統(tǒng)的水下定位精度為5厘米，測深精度為30厘米，水下授時精度為0.2毫秒，且測量誤差不隨時間累積。
這是繼美國、德國和法國之后，我國科學家自主研制開發(fā)的精度好、功能強、自動化程度高的水下GPS系統(tǒng)。該系統(tǒng)的成功研制，打破了發(fā)達國家對水下高精度定位技術的壟斷，填補了我國在水下高精度定位導航和水下工程測量領域的空白。正因為這個項目的開創(chuàng)意義，被兩院院士評為“2004年全國十大科技進展新聞”。
