超小型潜水器的研究现状

１８机电一体化Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ２００４年第５期

ＩＥＥＥ０ＣＥＡＮＳ），也展出一些优秀的ＡＵＶ作品。下面主要介绍美国和几个海洋发达国家ＡＵＶ的研究现状。

美国伍兹霍尔海洋研究所研制的ＡＵＶ“半自主水文侦察潜水器”（ｓＡＨＲＶ，见图１），供海军特种作战部队使用，以完成某些现在由潜水员完成的任务。它在空气中的质量为３６．５ｋｇ，尺寸１．６ｍ×西Ｏ．１９ｍ，传感器可搜集３～１５０ｍ水深中的声纳、深度及环境数据，特别是３—６０ｍ水深中的目标。Ａ／Ｄ转换的：芷：片、Ｒｓ２３２串联通信装置、逻辑Ｌ／Ｏ以及ＰｗＭ信号发生器。所要执行的任务要预编程后输入到ＴＡＩＰＡＮ的机载计算机中。从１９９７年４月起，已对ＴＡＩＰＡＮ做过多次试验。ＴＡＩＰＡＮ自主完成任务时间现已达到３３ｍｉｎ。

豳＝，’ｌＡｌ上，Ａ川目王谮ｚＫ器

图１ｓＡＨＲｖ半自主水文侦察潜水器

美国海军研究局研制的ＡＵＶ—ＲＥＭＵＳ（图挪威ＡＵｖ水雷狙击手（图２）是由康斯贝格

４），尺寸１·５ｍ×咖０·５３３ｍ，艇重３６ｋｇ，下潜深度军火公司开发的一次性遥控无人潜艇。它通过有

９０ｍ，图４是ＲＥＭｕｓ无人潜水器在ｃａｌｉｆｏｍｉａ测线制导来接近爆破系留水雷或沉底水雷。尺寸

试中的照片。ＲＥＭｕｓ上装有微型电脑和多种传１．６ｍ×西０．２ｍ。质量一般都在２６．５。３０ｋ之

感器。其携带的微处理系统能够自动选择多条路间。使用时的航速为２。４节，最大下潜深度为

径进行导航。该潜器是一个水下环境监测系统，５００ｍ。针对目标进行的制导，是根据水雷狙击手

可以在沿海搜索，还可以在海上扫雷。它在潜水的声纳或光学摄像机提供的情报。

域续航时间约２０ｈ，其最大优点是反应迅速，捕捉

信息快，不仅司以检测前方信息，而且能够看到后

面、侧面的情景．有效地进行７ｋ下侦察、撞捕。

图２水雷狙击手

法国的ＬＩＲＭＭＭ开发了一种名为ＴＡＩＰＡＮ的自主潜水器（图３），尺寸１．６６ｍ×击Ｏ．１５ｍ，质量轻（２５ｋｇ），造价非常低。它由法国的另一种形状似鱼雷、名为ＣＡＬＡＳ的自主潜水器改进而来，７ｒＡＩＰＡＮ前部另加一个浮沉控制舵，使之具有了新的能力，特别适用在非常浅的水域工作。附加的控制舵提供额外的升力。该自主潜水器配装有两轴倾角罗盘、三轴磁力计、偏航率和俯仰率陀螺仪、压力传感器、ＧＰｓ接收机等。该机包括一个ＩＮＭ０ｓＴ８０５交互式输入面板，并配有专门用于

图４ＲＥＭＵＳ无人潜水器在Ｃａｌｉｆｏｍｉ８测试中

冰岛大学ＶｅｓｔＩｌｌａｎｎａｅｙｊａｒ研究中心生物系研制的系列海岸ＧＡＶＩＡ—ＡｕＶ。图５所示的ＧＡ—ＶＩＡＯＦＦＳＨＯＲＥＡＵＶ型，在２０００年８月９日冰岛首都雷可雅未克试航。图６的ＧＡＶＩＡＣＯＡｓＴ—ＡＬＡＵＶ型在２００２年７月２９日成功地完成了１０天的北极圈的水中捕鱼搜寻。

ＮＴＵ—ＡＵＶ是新加坡南洋科技大学与东京大学合作研制的，它是基于日本“Ｔｗｉｎ—Ｂｕｒｇｅｒ”

技术基础上而改进的。用于浅水的超小型ＡＵＶ

图５ＧＡＶＩＡＯＦＦＳＨＯＲＥ

圈６ＧＡＶＩＡＣＯＡＳＴＡＬ

的研究目的，是海岸、港口的检测、监测，最大下潜深度５０ｍ。

从以上列举的实例可以发现，超小型的ＡｕＶ大多应用在海岸、港口的检测、监测，水中捕鱼搜寻，水下环境监测系统，沿海搜索，海上侦察，在危险水域执行水雷侦察、监视、扫雷等任务。

它们都是小尺寸的自动化性能高的无人潜水器（ＡｕＶ），可在小的港湾及狭窄的环境中穿行，适用于水域的监视、控制、监测、追踪和考察，是成本低廉的超小型ＡｕＶ。其上装有高速数字摄像头、深度计、多谱勒测速仪、前视和侧视避障声纳等传感器。

２国外超小型浅水ＲｏＶ机器人研究

ＲＯＶ是最早开发和利用的潜水器。世界上的海洋大国美国、英国、法国、日本、俄罗斯、加拿大都研制了各种类型的ＲＯＶ系统，用于不同的使命和场合。下面列举几个超小型的ＲＯＶ来说明目前的发展状况。

英国海洋海事系统研制的超小型Ｃ—ｃａｔＲＯＶ（图７）是用来检测船底安全。工作水深是５０ｍ，大约尺寸７００ｃｍ×１５０ｃｍ×１５０ｃｍ。具有彩色摄像头和可固定扫描声纳，脐带缆绳１００ｍ。

美国ｓｅａＢｏｔｉｘ公司研制的观察型ＲＯＶＬＢＶ１５０（图８），在空气中质量１０．４ｋｇ，潜水最大深度１５０ｍ，有２７０。扫描声纳，两个摄像头，测深器，工作水深５０ｍ。

圈７Ｃ—ｃａｔＲＯＶ

图８ＬＢＶ１５０

另一种相似的ＲＯＶＬＢＶ３００（图９）在空气中质量为１３．６ｋｇ，工作水深１００ｍ，主要用在浅水港湾警视、监视，还可对堤坝进行质量和安全性检测，目前产品已进入市场。

图９ＬＢＶ３００

加拿大的ＲＯＶＳｅａｍｏｒ遥控潜水器（图１０），最大下潜深度５０ｍ，艇身尺寸３５ｃｍ×２６．５ｃｍ×２２．５ｃｍ，艇重（空气中）８ｋｇ，它的“脐带”电缆５０ｍ长，可用于船底检查，水下观察摄像，看护潜水员、水电大坝和水库堤坝检修等。

图ｌＯ小型缆控潜水器ｓｅａｍｏｒ

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加拿大Ｉｎｕｋｔｕｎ公司开发了用于检测海上石油平台水下结构物等的超小型潜水器ＶｉｄｅｏＲａｙ．ｐｒｏ（如图１１所示）。标准潜水深度７５ｍ，艇身尺寸长３５ｃｍ×２２．５ｃｍｘ２１ｃｍ，空气中艇重４ｋｇ。该机器人带有摄像镜和超声波检测装置。Ｉｎｕｋｔｕｎ公司研制的另一产品ＶｉｄｅｏＲａｙ２０００（图１２）的长度仅１２ｃｍ。ＶｉｄｅｏＲａｙ有７种类型相近的产品进入市场，台湾地区２００３年就购买１３台用于海上走私的搜捕工作。

图１１ＶｉｄｅｏＲａｙＰｍ

圈１２ＶｉｄｅｏＲａｙ２｛××｝

美国的ＲＯＶ一１０００，尺寸６１ｃｍ×３５．６ｃｍ×２５．４ｃｍ，艇重１７ｋｇ，最大下潜深度１５０ｍ，其上装有彩色摄像头和黑白摄像头、盐度计、流量计、倾角罗盘和磁力计等。它能够携带较重的载荷，有较强的抗水流冲击能力。

近年来，超小型潜水器在发达国家的研究不断深入，水下机器人的研究正在从军事方面向民用方面发展。

３潜水器的应用

从以上的分析可见，超小型潜水器应用范围较广，主要可用于以下场合：

对舰船在未知水域的下锚检查，推进器检查，船底常规、定期和故障检查；海滨浴场警视、监视；海上救援打捞，近海搜索；水下考古，沉船观察；管

涵洞维修，水管内部检查；水下观察摄像娱乐，看护潜水员；钻井平台水下检修，海洋石油工程；海水养殖观察；海洋排障，建港作业；船闸检查，桥墩检查；水电大坝、水库堤坝质量和安全性检测（排沙洞口、拦污栅、泄水道等）；水工建筑物水下电视摄像检查；还可用于对码头、桥墩等被撞后的受损程度进行探测评估；水下沉船、沉物、飞机残骸等的搜索和探测定位；水下输油和输气管线的泄漏和破损点查找和定位；海洋石油钻井井口的再人监测；港口工程作业、海洋渔业中的网箱破损情况的监督等；同时也可用于浅水突发应急事故的侦察。

研究声明，超小型潜水器是一种非常适合于海底搜索、调查和识别的既经济又安全的工具。ＡＵＶ与ＲＯＶ相比，具有活动范围大，潜水深度随机可变，可进入复杂地形环境中工作，无电缆缠绕，无需庞大水面支持系统，占用甲板面积小，运行和维护费低等特点。

４结论

综观当前的发展，超小型ＲＯＶ已进入商业化应用，而超小型ＡｕＶ的商业应用似乎才刚刚开始，仍处于研究阶段。当前ＡｕＶ的研究工作与ＲＯＶ相比，较受世界海洋大国的关注。在未来的机器人世界里，超小型ＡＵＶ也不失为一个研究的方向。要将超小型自主潜水器推向市场，急需解决的技术问题是：提供高性能的电池；水下的高速通信传输系统；微小型化的控制系统和导航系统；超小型水下系统的运动稳定性；系统中带有对移动目标的自动跟踪与自主避障功能。利用我国的人力、智力优势，在超小型ＡＵＶ关键技术上有所突破，必将对我国国民经济的可持续发展和国防安全有重大意义，起推动作用。

参考文献

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２蒋新松，封锡盛，王棣棠．水下机器人［Ｍ］．沈阳：辽宁科学技术出版社，２０００

３易宏，张裕芳，林洲．潜水器计算机辅助设计系统［Ｊ］．上海交

通大学学报，２０００，３４（１）：１２０—１２６