王童豪,彭星光,潘 光,徐德民,2

(1.西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院,西安710072; 2.西北工業(yè)大學(xué)無人系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略研究中心,西安710072)

無人水下航行器的發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)

王童豪1,彭星光1,潘 光1,徐德民1,2

(1.西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院,西安710072; 2.西北工業(yè)大學(xué)無人系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略研究中心,西安710072)

無人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)包括遙控水下航行器(Remotely Operated Vehicle,ROV)和自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV),是海洋科學(xué)研究、資源開發(fā)和維護海洋權(quán)益不可或缺的重要裝備,日益受到世界海洋國家的高度重視,并競相大力發(fā)展。闡述了國外UUV的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用情況,分析了AUV的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢。

無人水下航行器;遙控水下航行器;自主水下航行器

0 引言

海洋是地球表面最大的自然地理單元,擁有地球表面積的70.8%,總水量的97%。從太空中望去,地球是一顆明珠般的藍色水球。海洋蘊藏著巨大的能量和資源,在經(jīng)濟、政治和軍事上具有舉足輕重的戰(zhàn)略意義,是世界各臨海國家爭相開發(fā)利用的 “藍色疆土”。近年來,圍繞海洋開發(fā)、海洋環(huán)境安全和海洋權(quán)益維護,國際上展開了新一輪的海洋競爭。當(dāng)前一輪的海洋競爭是以高科技為依托的軍事競爭、經(jīng)濟競爭和科技競爭,海洋科技水平和創(chuàng)新能力在未來的海洋競爭中將占據(jù)主導(dǎo)地位。我國近年來進一步提高了對海洋權(quán)益和海洋資源的重視程度。2012年,黨的十八大報告明確提出 “提高海洋資源開發(fā)能力,發(fā)展海洋經(jīng)濟,保護海洋生態(tài)環(huán)境,堅決維護國家海洋權(quán)益,建設(shè)海洋強國”的戰(zhàn)略部署。2013年,習(xí)近平總書記強調(diào) “要進一步關(guān)心海洋、認(rèn)識海洋、經(jīng)略海洋,推動我國海洋強國建設(shè)不斷取得新成就”。作為海洋開發(fā)利用和海洋安全保障的重要技術(shù)手段,無人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)是建設(shè)海洋強國不可或缺的裝備,是海洋競爭中的有力武器。本文總結(jié)了國外UUV的發(fā)展現(xiàn)狀,詳細討論了自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù),并對其發(fā)展趨勢做出分析。

1 UUV的發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代以來,世界上約20個國家研發(fā)了近200種各種類型的UUV,服務(wù)于軍事、海洋工程應(yīng)用和部分軍民兩用領(lǐng)域。

國際上,以美國、英國、法國、俄羅斯、德國等國家為代表的世界各國都投入了很大力量,進行UUV的研發(fā)。美國海軍于2000年制定了UUV發(fā)展主計劃(UUV Master Plan),并于2004年對該計劃進行了修訂。2007年和2013年,美國國防部相繼制定了2007—2032無人系統(tǒng)路線圖(Unmanned Systems Roadmap)和2013—2038無人系統(tǒng)路線圖,將海陸空三位一體聯(lián)合進行協(xié)同發(fā)展。英國南安普頓國家海洋中心于2013年宣布,英國自然環(huán)境研究委員會在2015年之前投入1000萬英鎊用于開展海洋機器人的研究和開發(fā)。

20世紀(jì)90年代以來,我國有關(guān)高校和研究所相繼開展了UUV的研發(fā)工作,取得了比較顯著的進展和研發(fā)成果,但力量比較分散,至今尚未形成完整、系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃,研發(fā)力度和水平與發(fā)達國家相比仍有不小的差距,不能完全滿足我國海洋開發(fā)利用和安全保障的需求。

1.1 UUV的分類

UUV可在水下自航運動,具有感知能力,通過遙控或自主方式代替或輔助人力完成某些水下使命和任務(wù),一般分為兩類:

1)遙控水下航行器(Remotely Operated Vehicle,ROV):需要操作員通過電纜或聲學(xué)通信系統(tǒng)傳送指令進行遙控。

2)自主水下航行器:執(zhí)行任務(wù)時不需要操作員監(jiān)視和操控。

1.2 ROV發(fā)展現(xiàn)狀

ROV的研制開始于20世紀(jì)50年代,80年代發(fā)展到較高水平。其功能多種多樣,在民用方面主要用于海上石油與天然氣等資源開發(fā)、港口/水庫大壩的水下檢查等;在軍用方面主要用于反水雷戰(zhàn) (如水雷探測、遙控滅雷具)、打撈丟失海底試驗武器(如魚雷)等。ROV的主要特點為:

1)有水面支持系統(tǒng);

2)拖帶線纜;

3)裝載機械手可水下作業(yè);

4)活動空間范圍有限。

1960年美國海軍研制了世界上第一臺ROV—CURV,用于打撈丟失在水下的海軍實驗軍械。1966年它在西班牙外海869m深處打撈起一顆失落在海底的氫彈。CURV長5m,重1400kg,裝有4個浮筒,搭載攝像機、探照燈和打撈用的機械手等。

1995年,日本的ROV“海溝(KAIKO)”號 (圖1)到達世界上最深的馬里亞納海溝,創(chuàng)下10911米無人探測的深度記錄。發(fā)現(xiàn)了沉積巖心,拍到了許多生物照片,獲得了大量的深?？疾鞌?shù)據(jù),對太平洋地區(qū)地震和海洋生物研究有重要作用。2003年5月,在某次執(zhí)行任務(wù)的過程中,“海溝”號由于線纜斷裂丟失。

圖1 “海溝”號搖控水下航行器[1]Fig.1 The“KAIKO”ROV[1]

“雙鷹(Double Eagle)”ROV由瑞典SAAB公司研制,第一代于1984年在瑞典海軍服役,至今已發(fā)展了四代,并相繼被丹麥、荷蘭及澳大利亞等國家的海軍裝備,用于清除水雷。其最新型號自身質(zhì)量為530kg,最高航速6節(jié),可在500m深處作業(yè)。它由7個無刷電機作為主要動力來源,可在6個自由度上運動。

隨著各國對海洋工程相關(guān)領(lǐng)域的不斷重視, ROV的研發(fā)水平和規(guī)模也在蓬勃發(fā)展,取得了長足進步。其中具有代表性的生產(chǎn)廠家有美國Oceaneering公司,英國Seaeye公司和加拿大的Seamor航海公司等,如圖2所示。

圖2 典型ROVs[2-4]Fig.2 Typical ROVs[2-4]

1.3 AUV發(fā)展現(xiàn)狀

AUV無人、無纜,完全自主航行,是代表UUV發(fā)展方向的高新技術(shù),是發(fā)達國家海軍和海洋技術(shù)研究發(fā)展的熱點之一。其主要特點為:

1)自治能力強;

2)活動空間大;

3)智能化水平高;

4)適應(yīng)能力強;

5)實用性好;

6)隱蔽性好。

美國作為海洋強國之一,擁有多個系列AUV,各自應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。美國伍茲霍爾海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)海洋學(xué)實驗室研制的REMUS系列AUV被用于檢測海洋環(huán)境狀況、沿海搜索等任務(wù)。

Odyssey I~IV是麻省理工學(xué)院AUV實驗室(MIT AUV Lab)研發(fā)的系列產(chǎn)品。Caribou是一種Odyssey III型AUV,長2.6m,質(zhì)量約400kg,工作深度為3000m,最大下潛4500m,可代替?zhèn)刹齑瑢ξｋU海域進行監(jiān)視,也能協(xié)助水面作戰(zhàn)艦艇完成作戰(zhàn)任務(wù)。Odyssey IV(圖3)型繼承了Odyssey II型的流線外形,能量轉(zhuǎn)化率高,機動性好,下潛深度大。

圖3 “Odyssey IV”AUV[5]Fig.3 “Odyssey IV”AUV[5]

英國南安普敦國家海洋中心(National Oceanography Centre,Southampton)研制的Autosub AUV配備有聲學(xué)多普勒流速剖面儀、溫鹽深儀、氧含量傳感器、視距測量計、熒光計,以及用于航行器控制的測量位置、姿態(tài)、高度、深度的多種傳感器,是一個遠航程、大航深的多用途海洋調(diào)查與監(jiān)視平臺。

俄羅斯早在20世紀(jì)60年代蘇聯(lián)時期就開始研制AUV,其MT-88長3.8m,寬1.1m,高1.2m,質(zhì)量1150kg,采用模塊化結(jié)構(gòu),主要用于海洋研究和海洋觀測[6]。MT-88下潛和上浮通過采用鑄鐵壓載完成,它攜帶兩個壓載下潛,到達指定深度后拋掉其中一個壓載,任務(wù)完成后拋掉另一個壓載。

日本的r2D4號AUV采用鋰離子二次電池,采用慣導(dǎo)+DVL計程儀的組合導(dǎo)航方式。2007年,r2D4通過攜帶的側(cè)掃聲納和水下攝像機等設(shè)備在印度洋海底發(fā)現(xiàn)了世界最大的熔巖平原[7]。

綜上所述,隨著各國海洋相關(guān)戰(zhàn)略的不斷推進和水下設(shè)備相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展,UUV已成為世界各國維護海洋權(quán)益必不可少的裝備,在航程、航深和自主性方面得到了飛速發(fā)展。然而,目前UUV仍無法執(zhí)行復(fù)雜任務(wù),因此其智能性的發(fā)展成為UUV技術(shù)突破的關(guān)鍵。

2 UUV的主要應(yīng)用

UUV作為一種無人平臺,在民用和軍用領(lǐng)域都扮演著極其重要的角色。本文從海洋工程和軍事領(lǐng)域兩方面介紹UUV的用途。

2.1 UUV在海洋工程中的應(yīng)用

發(fā)展是人類社會永恒不變的主題。蘊藏在海洋和海底豐富的石油、天然氣、可燃冰和各類金屬礦石等礦產(chǎn)資源遠未被充分開發(fā)和利用,是未來人類社會繁榮發(fā)展的重要保障。相比載人潛器和水面船拖曳設(shè)備,使用UUV對海洋資源進行勘探和取樣效率更高,成本更低,使用更方便,工作時間更長,安全性更加有保障。UUV在海洋工程中的應(yīng)用主要集中在以下方面:

(1)海洋資源勘察

1977年,美國科學(xué)家首次在2000m深的海底發(fā)現(xiàn)了冒出濃煙般的熱泉,在熱泉 “黑煙囪”周圍的海水中,活躍著各類生物種群,深海生物基因研究是探究地球生命起源的重要組成部分。近年來,隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,越來越多的UUV加入到深海熱泉的探測與考察的隊伍中來。在國內(nèi),參與深海熱泉探測任務(wù)的有 “海龍2號”ROV和“潛龍二號”AUV。

“CR-01”6000米AUV在1995年和1997年兩次赴南太平洋海域參加中國大洋協(xié)會海底資源調(diào)查,進行海底多金屬結(jié)核豐度測量,使我國被聯(lián)合國批準(zhǔn)為第5個深海采礦的先驅(qū)投資者,最終擁有對礦產(chǎn)資源最豐富的7.5萬平方公里海域的優(yōu)先開采權(quán)。

(2)水下搜救

2005年8月4日,俄羅斯軍方一艘搭載7名船員的“AS-28”型小型潛艇(圖4)在進行例行訓(xùn)練時撞上漁網(wǎng)無法上升到海面,在俄羅斯東北部堪察加灣海域深190米的海底擱淺,由英國 “天蝎45”ROV(圖5)剪斷纜繩后成功獲救。2014年4月,在MH-370飛機殘骸的搜尋過程中,美國海軍在可能失事的水域部署了Bluefin-21 AUV (圖6)進行深海搜索。同年,美國兩架ROV還被應(yīng)用到韓國 “歲月號”客輪的搜救行動中。

圖4 俄羅斯“AS-28”型潛艇Fig.4 “AS-28”submarine of Russia

(3)海底打撈

2004年5月,美國北島海軍航空站的潛艇營救隊在加利福尼亞外海用 “超級天蝎”號ROV打撈起了在飛行訓(xùn)練中墜毀的F14-D“雄貓”戰(zhàn)機的殘骸?！俺壧煨碧栕陨碡撝乜蛇_100kg,兩只

圖5 英國“天蝎45”ROVFig.5 “Scorpio 45”ROV of the U.K.

圖6 “Bluefin-21”AUV[8]Fig.6 “Bluefin-21”AUV[8]

機械臂最大伸展時每只可舉起110kg的物體。

此外,UUV還在水文調(diào)查、港口安全、漁業(yè)作業(yè)、科學(xué)取樣、海圖繪制和核電站維護等領(lǐng)域發(fā)揮著不可取代的作用。

2.2 UUV在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用

根據(jù)美國海軍公布的UUV總體規(guī)劃,軍用UUV的作戰(zhàn)任務(wù)為:

1)情報、監(jiān)視、偵察;

2)反水雷戰(zhàn);

3)反潛戰(zhàn);

4)檢查/識別;

5)海洋調(diào)查;

6)通信/導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)節(jié)點;

7)負載投送;

8)信息作戰(zhàn);

9)時敏打擊。

2003年3月,美國海軍在進入伊拉克的烏姆蓋斯?fàn)柛蹠r,利用REMUS 100自主水下航行器(圖7)在強海流和低能見度條件下進行反水雷任務(wù),用16h完成了人工21d才能完成的排雷任務(wù),減少了戰(zhàn)術(shù)時間,將雷區(qū)的威脅降到最低限度。

REMUS 100根據(jù)預(yù)先編制好的航行任務(wù)規(guī)劃,對大范圍水域進行搜索探測水雷目標(biāo)。航行深度100m,單次執(zhí)行任務(wù)可以航行60nm,在3節(jié)速度下可航行20h,以最大巡航速度5節(jié)航行的航時可達8h。

圖7 參與排雷的REMUS 100[9]Fig.7 REMUS 100 with defense application[9]

如圖8所示,近期水雷偵察系統(tǒng)(Near-Term Mine Reconnaissance System,NMRS)是美海軍已裝備的ROV,它由潛艇魚雷管發(fā)射,由潛艇操作員通過56km長的光纜控制,主要完成情報搜集、監(jiān)視、偵察和水雷的搜索與識別等任務(wù)。

此外,美國海軍還為 “洛杉磯”級攻擊型核潛艇裝備了遠期水雷偵察系統(tǒng)(Long-Term Mine Reconnaissance System,LMRS)。LMRS是用NMRS系統(tǒng)改進的AUV,總長為6.1m,與母艦之間采用聲信號通信。LMRS從魚雷發(fā)射管發(fā)射,可完全自主地在水下對水雷進行搜索,續(xù)航能力超過40h,每天可搜索的海區(qū)面積為120km2。探雷結(jié)束時,系統(tǒng)可自動返回潛艇,由潛艇右舷魚雷發(fā)射管中的機械手回收到發(fā)射管中。

圖8 “NMRS”ROVFig.8 “NMRS”ROV

1996年,美國著手研發(fā)Manta無人作戰(zhàn)平臺,如圖9所示。根據(jù)其設(shè)計構(gòu)想,該AUV懸掛在攻擊型核潛艇外部,攜帶魚雷和超空泡武器,配合母艇完成水下環(huán)境偵察和魚雷攻擊任務(wù),包括偵察、探測、攻擊敵潛艇,或探測水中兵器;還可在兩棲作戰(zhàn)中對沿海淺水區(qū)隱蔽進行探測、偵察。

3 AUV關(guān)鍵技術(shù)

圖9 “Manta”無人作戰(zhàn)平臺Fig.9 “Manta”unmanned combat platform

UUV的各項關(guān)鍵技術(shù)是保證UUV順利完成任務(wù)的重要保障,是UUV研究的重點領(lǐng)域。其中ROV的關(guān)鍵技術(shù)有遙控技術(shù)、通信技術(shù)、動力推進技術(shù)、人機交互技術(shù)、平臺設(shè)計技術(shù)、作業(yè)系統(tǒng)及機械手技術(shù)等;AUV的關(guān)鍵技術(shù)有總體及系統(tǒng)集成技術(shù)、能源及動力推進技術(shù)、自主控制與智能化技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)、通信技術(shù)、自主探測與識別技術(shù)和布放與回收技術(shù)等。本文主要針對AUV的關(guān)鍵技術(shù)進行分析。

3.1 總體及系統(tǒng)集成技術(shù)

3.1.1 AUV通用平臺設(shè)計

設(shè)計和研發(fā)通用平臺對于AUV的發(fā)展和應(yīng)用有著重要的意義。若對AUV進行標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計,當(dāng)需要搭載不同任務(wù)載荷執(zhí)行不同任務(wù)時,只需在一種或較少的幾種AUV的基礎(chǔ)上進行修改,即可使之適應(yīng)不同的環(huán)境和任務(wù)指標(biāo)。

1)標(biāo)準(zhǔn)化:AUV平臺的標(biāo)準(zhǔn)化包括航行器構(gòu)型、機械和電氣接口、元器件、零組件、軟件等的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。

2)模塊化:將AUV個體的功能載荷、導(dǎo)航控制、能源、動力推進、穩(wěn)定操縱等部分進行模塊化設(shè)計,如圖10所示。

圖10 REMUS 100模塊化示意圖[9] Fig.10 Modularization of REMUS 100[9]

3)系列化:美國海軍將AUV劃分為4個等級——單兵便攜式(Man-Portable)、輕型(Light Weight Vehicle,LWV)、重型(Heavy Weight Vehicle,HWV)和超大型。其各自總體參數(shù)和性能指標(biāo)如表1所示。

表1 美軍系列AUV參數(shù)_Tab.1 Parameters of the AUV series of the U.S.Army

國內(nèi)系列AUV的參數(shù)如表2所示。

表2 國內(nèi)系列AUV參數(shù)Tab.2 Parameters of the AUV series of China

3.1.2 構(gòu)型與材料

1)構(gòu)型:當(dāng)前階段AUV主要以回轉(zhuǎn)型和扁平型為主,新發(fā)展的有仿生型、組合 (捆綁)型等,如圖11所示。

2)材料:目前,AUV頭部常采用復(fù)合橡膠材料,殼體常用鋁合金材料,內(nèi)部結(jié)構(gòu)件大都采用非金屬復(fù)合材料。近年來興起的復(fù)合材料具有高比強、高比模、耐高溫、韌性好、抗腐蝕與耐磨損等特性,且密度較小,可以通過降低水下航行體的質(zhì)量相對地降低航行能耗,有利于增加航程,已廣泛應(yīng)用于AUV(魚雷、誘餌、偵察器、靶雷、反魚雷)等各種軍民用產(chǎn)品上。其中硼/鋁復(fù)合材料具有高強度、低密度的特性,性能優(yōu)于常用的鋁合金,是一種較為理想的AUV殼體材料。

3.1.3 減阻技術(shù)

圖11 不同構(gòu)型的UUV[10-13]Fig.11 The UUVs with different configuration[10-13]

物體在水中運動的阻力比在空氣中大800倍,尤其對于細長回轉(zhuǎn)型UUV,摩擦阻力占總阻力的80%以上。因此減小阻力,特別是摩擦阻力,可以節(jié)約能源,增大航程,提高航速。減阻技術(shù)按邊界層與流體接觸表面的彈性大小,可分為剛性表面減阻技術(shù)和柔性表面減阻技術(shù)。剛性表面減阻技術(shù)常使用與流體接觸的表面為剛性的表面減阻材料,或直接在剛性表面處添加有利于減阻的其他介質(zhì),如目前研究比較廣泛的脊?fàn)畋砻鏈p阻技術(shù)、聚合物添加法、低表面能涂料、微氣泡法和隨形波表面法等;柔性表面減阻技術(shù)采用的減阻材料與流體接觸的表面為柔性,具有小的彈性模量和較大的變形能力。柔性表面減阻技術(shù)作為一種近似的仿生研究模型,具有減阻效果明顯、不需要反饋原件和響應(yīng)元件,且不需要額外能量供給等優(yōu)點;同時柔性表面對邊界層的湍流噪聲有削弱作用,有利于UUV提高隱身能力。

其中,脊?fàn)畋砻鏈p阻技術(shù)從仿生學(xué)角度出發(fā),通過對各種魚類表面脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)分布規(guī)律的研究(圖12),提出不同形狀、尺寸脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)在水下航行器上聯(lián)合使用的減阻新方法,可有效減阻10% ~20%,如圖13所示。

此外,UUV的可靠性、安全性、保障性、維護性、經(jīng)濟性、隱身性和總體設(shè)計與評估技術(shù)等都是總體技術(shù)領(lǐng)域值得研究的問題。

3.2 能源及動力推進技術(shù)

未來AUV大深度、遠航程、長航時的設(shè)計指標(biāo)對AUV的能源與動力推進系統(tǒng)提出了更高的要求:能源系統(tǒng)比能更高、推進系統(tǒng)效率更高,使用更為安全和靈活。目前AUV使用的能源與動力推進系統(tǒng)主要有4個類型:電化學(xué)能源動力系統(tǒng)、AIP(Air Independent Power)熱動力系統(tǒng)、混合動力推進系統(tǒng)和新型動力推進系統(tǒng)。

圖12 鯊魚表面脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)分布Fig.12 The riblet structure on the shark skin

圖13 水下航行器脊?fàn)畋砻鏈p阻構(gòu)想Fig.13 The proposed riblet structure on the surface of UUV for drag reduction

3.2.1 電化學(xué)能源動力系統(tǒng)

電化學(xué)能源動力系統(tǒng)由電池提供能量,驅(qū)動電機帶動推進器提供推力。由于電動推進在能量密度方面有明顯優(yōu)勢,目前的水下航行器主要采用電動推進。常用的電池有:

1)一次電池,主要有錳干電池系列、堿性電池系列、汞系列、空氣電池、氧化銀電池、海水電池、鋰電池和熱電池等;

2)二次電池,主要有鉛酸電池、鎳鎘、鎳氫電池、銀鋅電池、鋰離子電池、聚合物電池等;

3)燃料電池按電解質(zhì)劃分有5個主要種類:堿性燃料電池、磷酸鹽型燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池、固體氧化物型燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池。燃料電池的電能轉(zhuǎn)化率最高,為45%~60%。

鋁氧化銀電池是當(dāng)今裝備魚雷的最先進動力電池之一,法國SAFT公司研制的鋁氧化銀電池先后應(yīng)用于MU90、Blackshark和F21魚雷,其性能可以達到普通鋅銀電池的2倍,比能量可達160Wh/kg。能量密度大、自放電率低、溫度特性好、可靠性安全性高、壽命長的電池是滿足AUV日益提高的性能需求的重要技術(shù)途徑。

3.2.2 AIP熱動力系統(tǒng)

傳統(tǒng)的AIP熱動力系統(tǒng)包括閉式循環(huán)柴油機系統(tǒng)、斯特林發(fā)動機系統(tǒng)和閉式循環(huán)汽輪機系統(tǒng),這3種系統(tǒng)發(fā)展較為成熟,已成功應(yīng)用于常規(guī)AIP潛艇。從UUV角度來講,仍需對其進行小型化、低成本化研究。

3.2.3 混合動力推進系統(tǒng)

混合動力推進系統(tǒng)結(jié)合電動力系統(tǒng)和熱動力系統(tǒng),充分發(fā)揮其各自的優(yōu)勢:低速巡航時使用電動力,巡航速度為4~5節(jié),航程可達上千km;高速攻擊時電動力段分離,使用熱動力,攻擊速度為50節(jié)以上,航程為40km~50km。

3.2.4 新型動力推進系統(tǒng)

近年來,幾種新型動力推進系統(tǒng)引起了人們的關(guān)注。

1)太陽能動力系統(tǒng),續(xù)航時間長,無產(chǎn)物排放,環(huán)保、安全,但受環(huán)境影響較大。圖14為采用太陽能動力系統(tǒng)的SAUV II。

圖14 采用太陽能動力系統(tǒng)的SAUV II[14]Fig.14 The SAUV II utilizing solar energy[14]

2)水下仿生學(xué)特種推進技術(shù)包括撲翼推進方式、擺尾鰭推進方式、波浪推進方式等,噪聲低,推進效率高。

3)水下超導(dǎo)電磁流體推進技術(shù)是一種基于電磁流體力學(xué)原理的新型水下推進技術(shù)。采用該技術(shù)的推進系統(tǒng)無運動部件,不產(chǎn)生推進噪聲,所以是一種理想的水下低噪推進方式,發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

4)水沖壓發(fā)動機推進技術(shù)是熱動力AUV發(fā)展的方向之一,它直接將液態(tài)水引入燃燒室中,通過燃燒劑中的金屬粉末和水的劇烈反應(yīng)產(chǎn)生高溫高壓燃氣,以燃氣通過噴管噴出時產(chǎn)生的反作用力作為動力。

5)水下滑翔技術(shù)也是當(dāng)前熱門的研究方向之一,它通過液壓或溫差的驅(qū)動來改變重心,促使UUV在垂直面內(nèi)運動,進而通過滑翔翼產(chǎn)生水平方向的動力,進行水平運動。美國華盛頓大學(xué)研制的SeaGlider利用液壓源改變重浮力來提供動力,續(xù)航時間為180d,航程可達數(shù)千km,最大下潛深度為1000m,其滑翔路徑如圖15所示。美國韋伯研究公司(Webb Research Corp.)研制的Slocum Thermal Glider利用海水溫差改變重浮力,進而由滑翔翼提供動力。

圖15 SeaGlider水下滑翔路徑[15]Fig.15 The underwater path of SeaGlider[15]

3.3 自主控制與智能化技術(shù)

自主智能控制技術(shù)作為實現(xiàn)AUV自主性和智能化的核心技術(shù),對AUV執(zhí)行任務(wù)的能力起著決定性作用,其實現(xiàn)將大大提高AUV對復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)能力和全球海域工作能力。Zhang等[16]指出,AUV作為智能無人系統(tǒng)的重要領(lǐng)域之一,其自主性和智能化有望在不久的將來有巨大提升。2017年,“長航程、智能化自治式潛水器的研制”被國家重點研發(fā)計劃深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備重點專項列為子課題。為實現(xiàn)AUV的智能化,應(yīng)主要研究海洋環(huán)境自適應(yīng)控制,智能自主規(guī)劃與決策,智能信息融合,智能容錯控制和智能分布式協(xié)作控制。

3.3.1 海洋環(huán)境自適應(yīng)控制

對AUV來說,溫度、鹽度、深度和海流等是重要的海洋環(huán)境參數(shù),它們在不同地區(qū)對應(yīng)值存在一定差異。要實現(xiàn)AUV的高效全海域工作,使其在變化的參數(shù)中更快地適應(yīng)新的海洋環(huán)境,更準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)控制策略,保證其穩(wěn)定、可靠運行, AUV對海洋環(huán)境的自適應(yīng)能力至關(guān)重要。尤其對于執(zhí)行深?？臻g復(fù)雜環(huán)境作業(yè)的AUV,在下潛過程中鹽度和溫度的變化帶來AUV浮力的改變,對AUV的航行狀態(tài)有復(fù)雜的影響。在運行條件不斷變化的過程中,控制AUV的航行姿態(tài)和航向,保證AUV在指定深度的定深航行,實現(xiàn)AUV對任務(wù)目標(biāo)的跟蹤和操作,需要更加智能化的海洋環(huán)境自適應(yīng)控制。由于海洋數(shù)據(jù)過于龐大,人類尚無法完全掌握,因此AUV的海洋環(huán)境自適應(yīng)問題亟待解決。

3.3.2 智能自主規(guī)劃與決策

AUV的自主規(guī)劃包括自主任務(wù)規(guī)劃和自主路徑規(guī)劃。自主任務(wù)規(guī)劃是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的任務(wù)指令,根據(jù)已知的海洋環(huán)境和自身條件等信息,對任務(wù)進行理解并按一定順序分解完成,從而滿足任務(wù)要求。自主路徑規(guī)劃即AUV根據(jù)所處的環(huán)境,尋求一條路徑連接起始點到終止點且能自主決策避開環(huán)境中障礙物的運動軌跡的過程,根據(jù)處理方式可分為在線規(guī)劃和離線規(guī)劃,又可根據(jù)環(huán)境信息的完整程度分為全局路徑規(guī)劃、局部路徑規(guī)劃和最基本的避障。在AUV自主規(guī)劃的過程中,除AUV自身的眾多約束和目標(biāo)的約束外,還要考慮非線性非定常的復(fù)雜環(huán)境,尤其是隨機因素(隨機出現(xiàn)的動態(tài)障礙物等)對AUV任務(wù)和路徑規(guī)劃所帶來的影響。為更好地應(yīng)對環(huán)境對AUV自主規(guī)劃帶來的負面影響,國內(nèi)外研究人員做了大量研究,Zhu等[17]提出了一種基于SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的AUV動態(tài)任務(wù)和路徑規(guī)劃方法,可以在洋流干擾下實現(xiàn)路徑點跟蹤和自主任務(wù)規(guī)劃。Mc Mahon等[18]提出了一種無碰低功耗自主路徑和任務(wù)規(guī)劃算法,能有效抑制復(fù)雜水下環(huán)境對AUV工作狀態(tài)的干擾,并通過在海軍研究實驗室(Naval Research Laboratory)切薩皮克灣的實驗驗證了該算法在某種復(fù)雜任務(wù)條件下的有效性。如何使UUV在復(fù)雜環(huán)境下做出更加智能化的規(guī)劃和決策,在滿足約束條件的情況下通過增加可接受的計算量提高任務(wù)效率,實現(xiàn)多任務(wù)和復(fù)雜任務(wù)的智能規(guī)劃,是未來相關(guān)學(xué)者的研究重點。

3.3.3 智能信息融合

傳感器作為獲取信息的窗口,對AUV的自主性和智能化起到關(guān)鍵作用。根據(jù)多傳感器信息進行計算、分析和判斷的過程即數(shù)據(jù)融合。只有通過對傳感器數(shù)據(jù)的融合,控制系統(tǒng)才能對AUV進行合理的決策,采取適當(dāng)?shù)目刂撇呗院托袨? AUV的自主性和智能化才能得以實現(xiàn)。然而由于體積限制,AUV能攜帶的傳感器數(shù)目十分有限。如何通過有限的傳感器類型和精度獲取并挖掘更多AUV所需的信息是AUV智能信息融合的發(fā)展方向,如通過單目相機結(jié)合深度學(xué)習(xí)技術(shù)代替雙目相機或深度傳感器獲得距離信息[19]。相信在不久的未來,更多的智能信息融合技術(shù)會涌現(xiàn)出來。

3.3.4 智能容錯控制

AUV在水下自主執(zhí)行任務(wù)時,由于復(fù)雜的水下環(huán)境,部分機構(gòu)或子系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況時有發(fā)生。容錯控制的目的是在發(fā)生此類故障時保證AUV順利完成任務(wù)或自行返回。因此,容錯控制是保障AUV生存及成功完成任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù),也是實現(xiàn)AUV全球海域工作的重要保障。容錯控制初期采用硬件冗余技術(shù),當(dāng)其中一個或幾個失效時,可切換使用與之并聯(lián)的備用系統(tǒng)完成后續(xù)任務(wù)。然而,這種措施在提高可靠性的同時,增加了系統(tǒng)的成本,加大了能源消耗。通過一定的容錯控制算法對故障進行定位和診斷,進而調(diào)整控制策略是一種理想的方法?，F(xiàn)有容錯控制算法尚停留在處理簡單故障的層面,更加智能、快速、準(zhǔn)確地智能容錯控制方法將在未來AUV領(lǐng)域起到重要作用。

3.3.5 智能協(xié)作控制

多AUV智能協(xié)作系統(tǒng)作為一種高度智能化的AUV工作形式,具有低成本、高效率、強容錯性等特點,工作形式靈活,可執(zhí)行單AUV無法完成的復(fù)雜任務(wù),可縮短工作時間,擴大工作范圍,是AUV高自主性和智能化的表現(xiàn)形式之一[19]。多AUV智能協(xié)作系統(tǒng)自20世紀(jì)80年代被提出以來,受到了各國AUV研究機構(gòu)和學(xué)者的高度關(guān)注,并相繼開展了相關(guān)技術(shù)研究。2006年,歐盟組織德國、意大利等國開展了GREX項目 (圖16),旨在研究解決協(xié)同導(dǎo)航、編隊控制、通信等問題的方案。該項目主要進行了2次海上試驗,于2009年結(jié)題,成果豐碩。美國麻省理工學(xué)院的AUV實驗室于2006年公開了其CADRE項目(圖17),通過Bluefin系列AUV研究了多AUV的協(xié)作探測與偵查的可行途徑。

圖16 歐盟GREX項目Fig.16 “GREX”project by the EU

圖17 MIT CADRE項目Fig.17 “CADRE”project by MIT

編隊控制是多AUV智能協(xié)作控制的研究重點之一。合理的AUV編隊可以更好地利用各AUV的信息資源,保證多AUV之間高效協(xié)作。Cui等[20]提出了一種多欠驅(qū)動AUV的主從式編隊控制方法,從AUV只需根據(jù)主AUV的位置信息和預(yù)先設(shè)定好的隊形即可完成對參考軌跡的跟蹤。分布式多AUV協(xié)同控制可降低能源消耗,使各AUV通過自身獲得的有限信息進行動作,相互協(xié)作達到全局目標(biāo),是多AUV智能協(xié)作系統(tǒng)的研究熱點。

隨著無人系統(tǒng)和人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展, AUV的能力將進一步提高,在海洋資源開發(fā)、海洋生態(tài)保護和海洋安全領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

3.4 導(dǎo)航定位技術(shù)

AUV向長航時、遠航程、大深度、全海域發(fā)展的趨勢對導(dǎo)航定位系統(tǒng)的精度提出了更高的要求。水下導(dǎo)航與空中導(dǎo)航相比,具有工作時間長、環(huán)境復(fù)雜、信息源少、隱蔽性要求高等特點,技術(shù)難度更大,是影響AUV發(fā)展的瓶頸技術(shù)之一。

3.4.1 航位推算與慣性導(dǎo)航技術(shù)

航位推算技術(shù)與慣性導(dǎo)航技術(shù)作為最常用的兩種完全自主導(dǎo)航方法有共同的缺點:導(dǎo)航誤差隨時間累積,一般中等導(dǎo)航精度為1n mile/h。航位推算與慣性導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)有載體運動狀態(tài)下的初始對準(zhǔn)技術(shù)、新型慣性器件和慣性器件誤差校正技術(shù)。

(1)載體運動狀態(tài)下的初始對準(zhǔn)技術(shù)

初始對準(zhǔn)技術(shù)為自主導(dǎo)航計算提供必需的初始條件,對自主導(dǎo)航的效果有重要的作用。一般來說,對初始對準(zhǔn)的要求是提高對準(zhǔn)精度,縮短對準(zhǔn)時間。受限于工作環(huán)境,AUV需要在運動狀態(tài)下進行初始定位。如何提高載體運動狀態(tài)下的初始對準(zhǔn)效率,降低運動狀態(tài)對初始對準(zhǔn)帶來的負面影響是重要的研究方向。

(2)新型慣性器件

慣性器件主要包括陀螺儀和加速度計。陀螺儀是實現(xiàn)航位推算與慣性導(dǎo)航的關(guān)鍵器件。新型高精度陀螺有激光陀螺、光纖陀螺、MEMS陀螺、原子干涉陀螺等。其中MEMS陀螺有精度高、成本低、小型化、數(shù)字化和高可靠性的特點,得到了廣泛的應(yīng)用。新型加速度計有石英加速度計、MEMS加速度計等。

(3)慣性器件誤差校正技術(shù)

慣性器件的主要誤差來源是漂移現(xiàn)象。針對漂移誤差,可采取反補償、自重調(diào)和自校正的方法進行校正,或使用GPS、DVL、聲相關(guān)計程儀、地磁計程儀等外部設(shè)備進行校正。

3.4.2 聲學(xué)導(dǎo)航

聲學(xué)導(dǎo)航有3種方式:

1)超短基線(Ultra Short Baseline,USBL)導(dǎo)航,基線長度＜1m,通過相位測量來進行位置解算;

2)短基線(Short Baseline,SBL)導(dǎo)航,基線長度為1m~50m,通過時間測量得到距離,從而解算目標(biāo)位置;

3)長基線(Long Baseline,LBL)導(dǎo)航,基線長度為100m~6000m,通過時間測量得到距離,從而解算目標(biāo)位置。

其中LBL導(dǎo)航是最為常用的導(dǎo)航方式,AUV獲得與應(yīng)答器間距離后,通過球面交會法、最小二乘估計法等定位算法解算自身位置。為了利用高精度的GPS信息,提高LBL導(dǎo)航精度,可采用LBL聲納浮標(biāo)導(dǎo)航系統(tǒng),將GPS收發(fā)機與水聲信標(biāo)集成為一體,定時向AUV報告浮標(biāo)的位置, AUV根據(jù)聲傳播時間及浮標(biāo)位置計算出自身的位置坐標(biāo)。然而上述方式都需事先在海域布放換能器或換能器陣,限制了AUV的導(dǎo)航范圍。

3.4.3 水下地理信息輔助導(dǎo)航

水下地理信息導(dǎo)航通過匹配算法,將測量的地理信息與先驗信息進行匹配,估計AUV的位置。理論上可實現(xiàn)全球自主導(dǎo)航,主要作為慣導(dǎo)的輔助手段使用。常用的水下地理信息導(dǎo)航的手段有地磁輔助導(dǎo)航、重力輔助導(dǎo)航、等深線導(dǎo)航和地形匹配導(dǎo)航。SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)方法是一種同時定位與制圖方法,不需要先驗的水下地理信息圖,當(dāng)AUV在水下運動時,利用相關(guān)傳感器 (地磁儀、重力計、聲傳感器)感知、提取地理信息,進行自身定位、構(gòu)建、更新地理信息圖,實現(xiàn)水下全球自主導(dǎo)航。劉明等[21]分析了基于圖像聲吶的SLAM算法在AUV組合導(dǎo)航中的應(yīng)用,劉明雍等[22]提出了一種基于隨機信標(biāo)的水下SLAM導(dǎo)航方法,并通過仿真實驗驗證了其有效性。此外,通過分析和模擬生物 (如海龜、海豚等)對水下地理信息的利用機理和方式,還可探索新的仿生導(dǎo)航模式。

3.4.4 組合導(dǎo)航

組合導(dǎo)航是一種 “取長補短”的導(dǎo)航方法,能夠降低難度與成本,同時提高可靠性和容錯性。常見的組合導(dǎo)航方式有:

(1)捷聯(lián)慣導(dǎo)+衛(wèi)星導(dǎo)航

該導(dǎo)航方式要求AUV周期性浮出水面,使用GPS/北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進行位置修正,可用于遠航程精確導(dǎo)航定位,但需周期性浮出水面,降低了隱蔽性,且不斷地上浮與下沉將消耗更多的能源。

(2)捷聯(lián)慣導(dǎo)+多普勒計程儀

該導(dǎo)航方式通過計程儀測得AUV絕對速度,對捷聯(lián)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)進行修正,消除漂移誤差和海流影響,隱蔽性好,能耗低,但多普勒計程儀無法全水深使用,變深控制可部分解決這一問題。

(3)捷聯(lián)慣導(dǎo)+計程儀+地理信息

該導(dǎo)航方式能針對AUV的特定導(dǎo)航要求進行工作,有較高導(dǎo)航定位精度,但無法全海域使用。

(4)捷聯(lián)慣導(dǎo)+計程儀+衛(wèi)星導(dǎo)航

該導(dǎo)航方式中,后兩者可互補使用,當(dāng)計程儀無法獲得絕對速度時,使用衛(wèi)星導(dǎo)航來校正導(dǎo)航誤差,以滿足全海域?qū)Ш叫枨?提高導(dǎo)航精度。該組合導(dǎo)航方式可用于遠航程精確導(dǎo)航定位,但隱蔽性差,且上浮下沉消耗額外能源。

3.4.5 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下的協(xié)同導(dǎo)航定位技術(shù)

在組網(wǎng)狀態(tài)下,多AUV攜帶不同類型導(dǎo)航傳感器,通過信息共享,利用時間同步信號和水聲傳播延遲進行位置解算估計,實現(xiàn)協(xié)同導(dǎo)航定位。

1)協(xié)同導(dǎo)航定位技術(shù)(圖18),通過水聲通信共享位置信息、相對位置和方位信息;通過協(xié)同導(dǎo)航算法解算得到自身的精確位置估計。協(xié)同導(dǎo)航定位技術(shù)可分為主從式和并行式。主從式協(xié)同導(dǎo)航方式中,主AUV攜帶高精度傳感器,從AUV攜帶低精度傳感器;并行式協(xié)同導(dǎo)航方式中,各AUV攜帶同等級傳感器,通過一定的算法設(shè)計獲得較高精度的導(dǎo)航定位結(jié)果。

圖18 一種協(xié)同導(dǎo)航算法原理圖Fig.18 Diagram of a kind of cooperative navigaiton

2)移動長基線協(xié)同導(dǎo)航定位方法[23]是隨著AUV的水聲定位需求發(fā)展起來的一種長基線水聲導(dǎo)航定位系統(tǒng),它與傳統(tǒng)長基線水聲導(dǎo)航定位系統(tǒng)最大的不同是:應(yīng)答器不是固定布設(shè)在海底,而是移動的,多布設(shè)在大型AUV上,與被定位AUV組成水聲通信網(wǎng)絡(luò)進行協(xié)同定位,如圖19所示。

圖19 移動長基線定位原理示意圖Fig.19 Diagram of moving LBL

3.5 布放與回收技術(shù)

現(xiàn)代化的AUV布放和回收要求高效率、高安全性、高自動化水平,操作簡單且具備高海況作業(yè)的能力。常規(guī)AUV布放和回收方式可分為水面方式和水下方式。在水面上,可采用掛鉤布放/回收、滑道布放/回收和中繼布放/回收;在水下可根據(jù)AUV外形使用潛艇魚雷管布放/回收或潛艇外殼背負方式。其主要研究內(nèi)容有:

(1)近距離精確導(dǎo)引對準(zhǔn)技術(shù)

常用的近距離精確導(dǎo)引方法有基于慣導(dǎo)+ DVL的導(dǎo)引方法和水聲導(dǎo)引法。其中,水聲導(dǎo)引法通過超短基線獲取AUV與目標(biāo)點的相對空間距離,采用橫向跟蹤控制算法導(dǎo)引AUV沿回塢站中軸線駛?cè)牖貕]站中。由于聲學(xué)導(dǎo)引精確度較低,聲信號更新頻率慢,近距離視覺傳感器導(dǎo)引AUV回塢技術(shù)在近幾年獲得了較多關(guān)注。Watt等[24]闡述了將AUV與移動潛艇對接的概念,設(shè)計了一種基于視覺的導(dǎo)引方法,并于2015年成功將其應(yīng)用到加拿大新斯科舍省的AUV回收實驗中。嚴(yán)衛(wèi)生等[25]提出了一種基于偶極勢場的導(dǎo)引方法,該方法將回塢過程分為回塢準(zhǔn)備階段和回塢階段。在回塢準(zhǔn)備階段采用航路點導(dǎo)航方法,使AUV航行到距回塢站一定范圍內(nèi);然后利用建立的偶極勢場通過一定的控制算法導(dǎo)引AUV進入回塢站。

(2)布放/回收流體動力學(xué)

在AUV的布放/回收過程中,會存在海流海浪的來流、AUV與母船相對運動產(chǎn)生的擾流以及海底或龐大物體邊界產(chǎn)生的繞流。來流、擾流和繞流3方面相互影響、相互作用,產(chǎn)生非線性非定常的復(fù)雜流場,對AUV的布放和回收產(chǎn)生負面影響,甚至可能導(dǎo)致碰撞。為實現(xiàn)AUV的高效布放/回收,對該復(fù)雜流場的建模分析方法及AUV對該流場擾動的處理方法還需深入研究。

(3)布放/回收協(xié)調(diào)控制技術(shù)

協(xié)調(diào)控制中的核心技術(shù)為AUV和回塢站的對接控制,研究重點為回塢過程中的路徑規(guī)劃和相應(yīng)的控制算法。常用的布放/回收協(xié)調(diào)控制技術(shù)有模糊控制、基于混雜系統(tǒng)的控制和分層遞階控制等。為提高布放/回收協(xié)調(diào)控制算法對環(huán)境的適應(yīng)性和魯棒性,魯棒模糊控制、自適應(yīng)滑?？刂频刃滦涂刂扑惴ǖ玫搅藦V泛的關(guān)注。

4 總結(jié)與展望

UUV作為海洋開發(fā)利用和海洋安全保障的重要技術(shù)手段,在海洋開發(fā)和利用中有不可或缺的作用(表3)。本文系統(tǒng)總結(jié)了國外UUV的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀,詳細分析了AUV各關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀并指出發(fā)展趨勢。隨著相關(guān)技術(shù)的日益成熟和相關(guān)需求的不斷擴展,UUV的應(yīng)用前景十分廣闊。面對接踵而來的新任務(wù)及提出的更高要求,UUV的主要研究應(yīng)集中在以下4個方面:

1)提高持續(xù)工作能力,實現(xiàn)長航時、遠航程工作;

2)提高UUV的自主性和智能化水平,滿足多元應(yīng)用領(lǐng)域?qū)UV提出的具備多種功能、執(zhí)行多種任務(wù)的要求;

3)提高UUV對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力和全球海域工作能力,提高在大深度和兩極海域的工作效率;

4)提高多UUV協(xié)作系統(tǒng)的性能,從而提升UUV應(yīng)對復(fù)雜任務(wù)的能力。

人工智能技術(shù)正在世界范圍內(nèi)飛速發(fā)展,中國也將迎來人工智能2.0時代。作為人工智能的重要應(yīng)用領(lǐng)域,無人系統(tǒng)的智能化水平必將在不久的將來達到新的高度,UUV也將在海洋資源開發(fā)、海洋生態(tài)保護和海洋安全領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

表3 國外典型UUV參數(shù)Tab.3 Parameters of typical foreign UUV

[1] Remotely Operated Vehicle“KAIKO7000II”[DB/OL]. http://www.jamstec.go.jp/e/museum/wallpaper/ wp/kaiko7000_2_1024.jpg.

[2] Oceaneering公司[DB/OL].http://www.oceaneering. com/.

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[8] Bluefin-21》Bluefin Robotics[DB/OL].http:// www.bluefinrobotics.com/vehicles-batteries-andservices/bluefin-21/.

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[13] US deploys underwater drones to hunt for Iranian drones-Telegraph[DB/OL].http://www.telegraph.co.uk/ news/worldnews/middleeast/iran/9395584/US-deploys-underwater-drones-to-hunt-for-Iranian-drones. html.

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Development and Key Technologies of Unmanned Underwater Vehicles

WANG Tong-hao1,PENG Xing-guang1,PAN Guang1,XU De-min1,2
(1.School of Marine Science and Technology,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China; 2.Research Center for Unmanned System Strategy Development,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China)

The Unmanned Underwater Vehicle(UUV),including the Remotely Operated Vehicle (ROV)and the Autonomous Underwater Vehicle(AUV),is indispensable in the field of marine science,underwater targets detection,etc.,for safeguarding marine rights and interests.Thus, the UUV has drawn world-wide attention and plenty of efforts have been made to improve related technologies.This work reviews the development and applications of the UUV.In addition,key technologies of the AUV and their prospects are also presented.

Unmanned underwater vehicle(UUV);Remotely operated vehicle(ROV);Autonomous underwater vehicle(AUV)

O375.5 文獻標(biāo)志碼:A

2096-4080(2017)04-0052-13

2017-09-15;

2017-11-01

國家自然科學(xué)基金(61473233)

王童豪(1994-),男,博士,主要研究方向為自主水下航行器控制與導(dǎo)航技術(shù)。E-mail:wangth@mail.nwpu.edu.cn