根据交会定位基本原理，当对载体相对位置已知的三个以上固定点进行距离测量，便可获得相同数量的位置函数，通过交会计算或平差计算，可以确定载体位置。长基线定位技术就是采用这样的基本原理，与对地面控制点和对卫星测距确定载体位置的思想相同。所不同的是，对水下载体而言，所采用的观测信号为声波，应用的测量控制点为水下声标，或称水声信标。

水下声标实质上是一种水声传感器及与之相关的辅助设备，主要功能是应答载体所发出的水声信号，因此水下声标也称为应答器。通过载体的声学传感器和水下声标之间的声学应答，提供距离观测量。当然，作为定位的参考点或控制点，声标应固设于水下（水底或水体内）。

水下声标的位置由船载平台通过声学定位技术测定，这一任务属于海洋大地测量的研究范畴。在水下声标点位置确定过程中，海面观测平台通过通用测量技术实施载体定位，早期曾采用常规定位技术。卫星定位技术的成熟与广泛应用，大大提高了海面观测平台的定位精度，成为海面平台定位的主导手段，并且在姿态观测技术的辅助下，真正实现了用于水下探测和定位的声学传感器的精确位置确定。在水下声标定位应用中，海面观测平台（特别是其声学传感器）作为动态控制点，发挥着在统一大地坐标中的坐标中继、传递作用。水下声标点位置确定的基本方法如图4-13所示。

图4-13　水声测距交会法测定海底声标点位置

应用水下声标对载体定位，则是上述方法的相反过程。多个水下控制点为载体定位提供了位置基准，也就是说水下声标控制网是水声定位的基准基础设施。

当存在三个以上水下控制点时，载体的定位采用的实际是水声测距交会技术，一方面要求对水下和水面动态用户（载体）提供尽量大范围的定位服务，另一方面控制网的图形要保证定位精度所需的良好几何配置。因此，控制点间的距离要明显大于水深，在支撑载体定位时，称这种测距交会定位方式为长基线定位。当然，控制点间的距离要根据海区的水深条件、海底地形起伏状态确定。

LBL系统一般由三大部分组成，即安装在水面船只的数据处理及控制系统、安装在目标上的收发器以及布放在海底的由多个应答器组成的海底基阵（宁津生等，2014）。由于应答器之间的基线长度在几百米到几千米之间，相对比较长，因此该系统被称为长基线定位系统（图4-14）。

图4-14　长基线定位系统

LBL系统是通过测量换能器和应答器或声信标之间的距离，对目标实施定位，定位原理基于空间后方交会。由安装在待定位目标（船只或水下载体等）上的换能器主动发射定位信号，应答器接收到信号后，自动回复应答信号，测量信号从发射到返回的时间延迟t，在声速c已知的情况下，即可由下式计算得到换能器到应答器的距离：

若测量船换能器的坐标为（x，y，z ），基阵中四个应答器的坐标为（xi，yi，zi ），其中i＝1，2，3，4，则有：(www.daowen.com)

一般由3个应答器得到3个方程即可计算得到换能器的坐标（x，y，z ），但没有多余解；当方程数目超过3个时，可利用最小二乘法进行计算。

近似位置不准确时需要迭代计算，即获得定位结果后再次设定为近似值，重新进行观测方程的线性化。当然，这样的迭代过程主要用于初始定位点的解算。载体除依靠声标获得定位信息外，本身将附带计程仪、姿态传感器等导航设备，具有位置推算功能，不仅为水声定位解算提供较可靠的近似值，而且可联合定位与导航信息实现路径确定。

因为所用的水声距离主要为斜向测距值，不仅测定的距离会受到声速的误差影响，而且声线也将处于弯曲形态，精确的位置测定必须进行弯曲的声学距离化直或声线跟踪等复杂技术。另外，应用载体向海面的垂向声学测距或压力传感器提供的垂向信息，可提高定位可靠性与精度。

在具有定位点垂向坐标信息（必要时需进行垂直基准变换，使得与海底点的Z坐标匹配）的情况下，可将深度观测量附加于观测方程，并给定更大的权值参与位置计算，也可以将式（4.73）的线性化观测方程直接改化为：

式中，（x0，y0，z0）是待定点近似值，i表示应答器序号，δi为观测值误差。其中的距离近似值修改为：

在这种仅需测定载体平面位置的情况下，距离观测数最少可取2个，即用2个水下声标实施定位。但在仅用2个观测量进行定位时，位置将存在二值性，即可以出现在2个声标基线的左右侧，需要根据声波的发射方向（左右舷）进行判定。

LBL系统的优点是换能器非常小，实际作业中，易于安装和拆卸，跟踪范围大，独立于水深值，存在多余观测值，因而可以得到较高的相对定位精度；缺点是系统过于复杂，价格昂贵，操作繁琐，需要较长时间的声基阵布设和回收，并且需要对海底声基阵进行精细地校准。

LBL系统在作用距离和定位精度上的优势，使其在海洋工程施工、管线铺设及对接、ROV/AUV定位跟踪等多方面得到了广泛应用。目前国际上性能较好的LBL系统有英国Sonardyne公司生产的Fusion系列，其高频型号工作水深可达2500m，定位精度0.02～0.15m，中频型号工作水深可达4000m，定位精度0.15～1.0m；挪威Kongsberg Simrad公司生产的HPR408S型，具有自动校准功能，在作用范围超过3000m时，仍可达到厘米级的定位精度（孙东磊等，2013）。