南航大硬核专利揭秘：超连续激光打造高精度水下“GPS”

由于电磁波在水下衰减严重，传统GPS在水下完全失效。目前深海机器人的“眼睛”主要依靠声学和惯性导航，但常常面临噪声大、误差累积等致命痛点。近日，南京航空航天大学公布了一项颠覆性的水下定位导航专利（公布号：CN 121771639 A），巧妙利用“超连续激光强度关联”技术，为水下机器人打造了一套高精度、无累积误差的绝对定位系统。

专利名片与核心技术解析

专利名称：一种基于超连续激光强度关联的水下导航定位方法及系统
申请人：南京航空航天大学
公开日：2026年3月31日（提前公布）

该系统由主控系统、发射端水下基站和接收端水下载体组成。其核心运作机制可以用“五个步骤”来通俗理解：

南航大硬核专利揭秘：超连续激光打造高精度水下“GPS”

1、发码与调制：

基站通过高精度芯片原子钟同步时间，生成带有伪随机码（Gold码）信息的超连续激光信号。

南航大硬核专利揭秘：超连续激光打造高精度水下“GPS”

2、分光与发射：

将激光经过分光模块，分离成不同波长通道的光信号，每个基站分配一个唯一波长。

南航大硬核专利揭秘：超连续激光打造高精度水下“GPS”

3、身份识别：

水下载体（如水下机器人）接收光信号，通过“波长”这个“身份证”识别信号来自哪个基站。

南航大硬核专利揭秘：超连续激光打造高精度水下“GPS”

4、时间与距离计算：

载体将光信号转化为电信号，与本地复制的伪随机码进行相关运算，精准计算出信号的到达时间（TOA），从而推算出伪距。

5、三维坐标解算：

结合至少4个基站的伪距、绝对位置和传输延时，利用牛顿迭代法等几何定位算法，精准解算出水下机器人的三维坐标和时钟误差。

为什么能取代传统方案？（性能优势）

与现有的声学定位（长基线/超短基线）和惯性导航（INS）相比，该专利展现出压倒性的优势：

1. 极致的高精度与无累积误差：传统惯导随着时间推移，误差会呈指数级增长。本专利通过光传播时间的距离测算（伪距定位），实现了高精度的“绝对定位”，彻底消除了累积误差。

2. 强大的抗干扰与鲁棒性：声学定位极易受海洋噪声干扰，视觉定位又受制于水质浑浊和鱼类遮挡。超连续激光具备极强的穿透和抗干扰能力，能在复杂水下环境中保持稳定。

3. 多通道并行的高效传输：超连续激光可以同时切割出多个波长通道，不同基站互不干扰，极大提升了定位网络的并发处理能力。

4. 纳米级的时间同步：引入高精度芯片原子钟，解决了水下设备间难以对时的世纪难题，为超高精度定位提供了物理保障。

产品应用场景与蓝图

这项专利技术的落地，将直接赋能各类水下智能装备，堪称水下机器人的“北斗系统”：

  • 深海资源勘探：

    为AUV（自主水下航行器）和ROV（遥控潜水器）提供长时间的深海海底矿产探明路径导航。

  • 海洋工程基建：

    在海上风电基础巡检、海底油气管道铺设与检修中，提供厘米级的作业定位支撑。

  • 海洋安全与防务：

    增强水下潜航器在复杂敌情海域的隐蔽性自主航行能力。

  • 水下救援与打捞：

    在浑浊甚至漆黑的沉船海域，引导机器人精准到达目标点。

全球视野：订单激增与市场呼唤

国内外行业动向：
近年来，全球都在疯狂抢占“蓝色经济”高地。美国DARPA（国防高级研究计划局）早前就启动了相关水下光导航和非声学通信的研发项目；而欧洲的多项海洋地质调查项目也在寻求替代传统声纳的下一代定位技术。
在国内，随着“蛟龙号”、“奋斗者号”下海，我国对深海高端装备的国产替代化进程全面加速。高精度水下定位一直是“卡脖子”技术，南航大的此项专利无疑为国产高端水下装备提供了换道超车的底气。

百亿级市场需求：
据权威机构预测，到2027年，全球水下机器人（UUV）市场规模将突破百亿美元。国内沿海省份（如广东、山东、海南）近期频频发布海洋牧场、深远海养殖及海上风电的大额订单。这些动辄千万级的装备采购订单中，对“长时间自主作业能力”提出了明确的KPI要求，而这正是“超连续激光强度关联定位系统”能够完美解决的痛点。未来，该专利的商业转化价值不可估量。