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超短基線定位系統由發射換能器、應答器、接收基陣組成。發射換能器和接收基陣安裝在船上，應答器固定在水下載體上。發射換能器發出一個聲脈衝，應答器收到后，回發聲脈衝，接收基陣收到后，測量出X、Y兩個方向的相位差，並根據聲波的到達時間計算出水下裝置到基陣的距離R，從而計算得到水下探測器在平面坐標上的位置和水下探測器的深度。

在幽深的海底，要想知道潛水器所在位置並不容易，因為無線電波在水中的快速衰減使GPS的定位手段無計可施。聲波是目前最有效的水下遠距離傳播的信息載體。聲學定位系統分為長基線、短基線和超短基線三類。超短基線的接收感測器就類似於人類的耳朵，兩耳之間的距離就相當於基線。長基線系統的信標之間相距幾公里到幾十公里，基線越長，精度越高。但潛水器進行水下精確作業時，需要在海底布陣，複雜且受限。

超短基線定位系統工作原理就是在水下被定位的目標上，安裝聲信標，水上的船體安裝超短基線基陣，聲信標發出聲信號，超短基線系統接收到信號后測算出目標的方位及距離。以“蛟龍”號為例，當其身處海底時，在水下每8秒向母船發出一次聲學信號，信號到達母船上的超短基線定位系統各接收感測器時會有先後順序。利用這種時延差，超短基線系統就能計算出“蛟龍”號的具體位置、所處的深度以及與母船的距離。