UUV与AUV国内外发展情况
国外水下无人潜航器及其通信技术发展综述
国外水下无人潜航器及其通信技术发展综述一、本文概述随着科技的快速发展，无人潜航器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）作为海洋探索与利用的重要工具，已经吸引了全球科研人员和工程师的广泛关注。
作为无人潜航器的重要组成部分，水下通信技术对于实现潜航器的远程控制、数据传输、多潜航器协同作业等功能具有关键作用。
本文旨在综述国外水下无人潜航器及其通信技术的发展现状与趋势，分析当前主流通信技术的优缺点，并探讨未来可能的研究方向和应用前景。
通过对国外相关文献的梳理和分析，本文旨在为国内外从事水下无人潜航器及通信技术研究的学者和工程师提供有益的参考和启示。
二、国外AUV的发展现状近年来，随着科技的飞速发展，国外在自主水下航行器（AUV）领域取得了显著的进步。
AUV作为水下无人潜航器的一种，其自主导航、环境感知、任务执行等能力不断增强，为海洋科学研究、海底资源勘探、水下搜救等领域提供了有力支持。
在硬件设计方面，国外的AUV技术日趋成熟。
许多先进的AUV已经实现了小型化、模块化、高度集成化，以适应不同复杂度的水下环境。
例如，某些AUV采用了先进的推进系统，包括矢量喷水推进器、机械式螺旋桨等，以提高其机动性和稳定性。
同时，为了应对深海高压、低温等极端环境，AUV的耐压壳体和材料技术也在不断更新，确保了AUV的安全性和可靠性。
在软件技术方面，国外的AUV已经实现了高度智能化和自主化。
通过集成先进的算法和人工智能技术，AUV可以自主完成路径规划、环境感知、目标识别等任务。
随着深度学习技术的发展，AUV在图像识别、声呐信号处理等方面也取得了显著突破，进一步提升了其在水下复杂环境中的作业能力。
在通信技术方面，国外的AUV同样取得了长足的进步。
为了实现在水下环境中的数据传输和远程控制，研究人员开发了一系列高效、稳定的水下通信技术。
例如，某些AUV采用了高速水声通信技术，实现了与水面基站或卫星的实时数据传输；还有研究团队在探索利用电磁波或光学通信技术在水下环境中实现数据传输的可能性。
国内外海洋试验场现状分析
国内外海洋试验场现状分析海上试验场是海洋观测、监测和调查仪器设备研发、海洋科学研究、实现科技兴海，促进高新科技成果转化及海洋可再生能源开发的重要试验平台。
国际海洋科技发达国家在国防工业、科学研究和技术开发中，对海上试验场的建设投入了大量研究和建设。
目前，国外海上试验场多数是海军装备研发测试、船舶与海洋装备试验、海洋科学基础问题研究等多功能一体化的综合性试验场，而国内海上试验场建设起步较晚，虽然取得了一定成果，但与国外相比仍存在一定差距。
一、国外试验场（一）挪威特隆赫姆峡湾试验场挪威特隆赫姆峡湾试验场由挪威科技大学自主海洋运行科技中心和挪威政府合作建立，于2016年底正式开放，主要用于海上机器人测试（图3-2），由于峡湾试验海域开阔且交通量相对较少，可以减少测试事故。
该试验场为西北东南走向，长约14 km，宽约1 km，水深近400 m，设有静态试验场、航行试验场、陆上试验站三部分。
静态试验场主要用于对处于系泊状态的海上机器人进行单机设备的测试任务；航行试验场的功能较为丰富，用于对以各种速度和深度航行的海上机器人（USV/AUV/UUV）进行相应的测试工作；陆上试验站配有雷达、通信设施及各种分析设备，负责对测试任务的指挥、实施及处理等工作。
使用该试验场的科研机构和企业包括Kongsberg Seatex、SINTEF Ocean、Maritime Robotics和Rolls-Royce Maritime等，测试从海上机器人（USV/AUV/UUV）的导航和防碰系统到运行安全和风险管理项目的所有内容。
图2-1 挪威特隆赫姆峡湾试验场（二）芬兰杰克蒙瑞智能船测试区芬兰杰克玻瑞（Jaakonmeri）智能船是全球首个与无人驾驶航运项目相关的测试区域，目前已正式运营。
该测试区是全球首个国际性测试区，为全球测试无人驾驶的海上运输、船舶或者相关的技术提供服务，服务的测试对象包括：载人智能船、无人船（USV）、无人潜航器（AUV／UUV）等。
无人水下航行器声呐装备现状与发展趋势
无人水下潜航器（UUV）最早出现于20世纪60年代。
在发展初期，UUV主要用于深水勘探、沉船打捞、水下电缆铺设及维修等民用领域，后逐步扩展应用于水下声源探测、协助潜艇深水避雷、港口战术侦察等军事领域。
近十几年来，随着平台、推进器、导航、控制系统以及传感器技术的发展，加上现代战争追求人员零伤亡的理念，UUV的军事应用得到高度重视，其在水下侦察、水下通信和反潜、反水雷作战、信息作战等领域的应用得到了空前发展。
美国国防部于2007～2013年间前后发布了4版《无人系统（一体化）路线图》，其中针对UUV的4个级别将任务按优先级扩充为17项，如表1所示。
表1 不同级别UUV任务需求优先级美海军于2000年和2004年分别发布两版《海军无人水下潜航器总体主规划》，将UUV（不分级别）的任务按优先顺序归纳为9类：①情报/监视/侦察（ISR）；②水雷对抗（MCM）；③反潜战（ASW）；④检查/识别；⑤海洋调查；⑥通信/导航网络节点（CN3）；⑦载荷投送；⑧信息作战；⑨时敏打击。
不论是《海军无人水下潜航器总体主规划》，还是《无人系统（一体化）路线图》，这几版文件中对于所有级别的UUV，情报/监视/侦察（ISR）、检查/识别和水雷对抗（MCM）这3项任务的排序都十分靠前，这也印证了在当今复杂国际环境下美国海军对于这3项UUV任务执行的迫切需求。
UUV执行各项任务无一不需要声呐的配合，尤其是对于ISR、检查/识别和MCM，声呐性能的优劣，往往是任务完成度的决定性因素。
根据功能的不同，UUV声呐装备主要分为三大类：通信声呐、导航声呐和探测声呐，如图1所示。
图1 UUV主要声呐装备通信声呐主要用于UUV与协同行动的其他UUV、母船（艇）或通信浮标之间的信息链接；导航声呐为UUV的安全航行和执行作业任务提供其位置、航向、深度、速度和姿态等信息；探测声呐主要用于警戒、探测、识别水中或沉底目标信息，对水下地形、地貌、地质进行勘察和测绘。
UUV与AUV
UUV:Unmanned Underwater Vehicle = 无人水下航行器AUV:Autonomous Underwater Vehicle = 自主式水下航行器自主式水下航行体（AUV）是水下无人航行器（UUV）的一种。
水下无人航行器（UUV）技术无论在军事上、还是民用方面都已不是新事物，其研制始于50年代，早期主要用于海上石油与天然气的开发等，军用方面主要用于打捞试验丢失的海底武器（如鱼雷），后来在水雷战中作为灭雷具得到了较大的发展。
80年代末，随着计算机技术、人工智能技术、微电子技术、小型导航设备、指挥与控制硬件、逻辑与软件技术的突飞猛进，自主式水下航行体（AUV）得到了大力发展。
由于AUV摆脱了系缆的牵绊，在水下作战和作业方面更加灵活，该技术日益受到发达国家军事海洋技术部门的重视。
AUV的战略意义AUV是一种综合了人工智能和其他先进计算技术的任务控制器，集成了深潜器、传感器、环境效应、计算机软件、能量储存、转换与推进、新材料与新工艺、以及水下智能武器等高科技，军事上用于反潜战、水雷战、侦察与监视和后勤支援等领域。
（1）反潜战AUV上装备有先进的探测设备和攻击武器，可用于跟踪并攻击敌方潜艇，并在完成任务后返回母艇。
AUV 也可作为诱饵，将敌方潜艇引开。
AUV还可作潜艇远距离水下通信的中继站，增加母艇的隐蔽性。
在搜索侦察方面，AUV可作为艇外水声或尾流传感平台进行区域监视和情报收集。
（2）水雷战在水雷战中，AUV可携带1枚或多枚水雷头自主航行到目标海域实施水雷布放，装备前视声纳和侧视声纳，可用于探测水雷、监视可疑雷场。
（3）目标靶装上靶雷的有关设备后，AUV可用于靶场试验、鱼雷鉴定、或日常操练中充当靶雷，以试验、鉴定鱼雷的性能或提高海军使用鱼雷的作战能力。
（4）侦察与监视大型AUV续航时间长，可航行至敌方或危险海域执行侦察和监视任务，能够长时间隐蔽地采集信息。
战争时期，还可为两栖突击队侦察水雷、障碍等开辟水下进攻通道。
UUV现状报告
由于UUV在军事方面应用的重要性，各国都在不断地研究各种先进的UUV来增强国防实力，它在军事方面的应用主要包括水下搜索、监视、侦察、猎雷、作战海洋学、通信、导航、反潜作战等。美国应用在军事上UUV的数量在不断增多，国内有众多的研究机构如WHOI、MBARI、MIT等，研制了大量的UUV其中包括“短期水雷侦察系统”(Near—Term Mine Reconnaissance，NMRS)、“长期水雷侦察系统” (Long—Term Mine Reconnaissance System，LMRS)和REMUS
我国拥有32 000km的海岸线和300×104k㎡以上的蓝色国土，蓝色国土约为我国陆地国土面积的三分之一，在这辽阔的海域内蕴藏的极其丰富的资源，仅以油气资源为例：已探明的石油储量达(150～200)×108t，天然气储量63 000×108m3。这些资源是中华民族未来赖以生存和发展的物质基础。
浅谈UUV设备的发展现状
1. 引言
海洋是生命的摇篮、资源的宝库、交通的要道，也是兵戎相见的战场。21世纪人类将面临人口膨胀和生存空间有限的矛盾，陆地资源枯竭和社会生产需要增长的矛盾，以及生态环境恶化和人类发展的矛盾这三大挑战。占地球表面积7l％的海洋，是一个富饶而远未得到充分开发的宝库。人类要维持自身的生存、繁衍和发展，就必须充分利用海洋资源，这也是人类无法回避的必然选择。对人均资源不丰的我国来说，海洋开发更具有特殊的意义[1,2]。
认识海洋、开发海洋需要各种高技术手段，发展这些手段是建设海洋强国、捍卫国家安全和实现可持续发展的伟大目标所必不可少的。作为探索海洋空间的最重要手段之一的水下机器人技术应运而生。
2. UUV的研究动态与水平 Nhomakorabea无人水下航行器(Unmanned Undersea Vehicle,UUV)的研究工作开始于20世纪中期。美国上世纪60年代研制的遥控水下航行器(Remote Operated Vehicles, ROV)就参与了打捞沉入地中海870m海底处的氢弹事件。1974年美国使用“探险者”号UUV参与打捞了沉没在夏威夷海域的苏联潜艇。进入21世纪以来，世界上已有10多个国家的1000余艘各种用途的UUV投入到军用或民用的领域。 由于AUV在军事和科学研究方面的重要性，在过去的十年中，全世界大约有60个AUV研制计划，并建造了大约200个AUV(大部分为实验用)[3]，但是随着技术的成熟和近海工业发展的需要，商业用途的AUV也开始出现，并且在不断地发展和壮大。
国外 UUV拖曳声呐试验情况分析
国外 UUV拖曳声呐试验情况分析李佳橦;陈强;王连文【摘要】本文描述了 SLITA和微型 SLITA接收声信号试验和噪声分析过程及结果，并绘制接收声信号模块图。
同时，描述了 TOSSA收发声信号试验及分析过程和结果，并绘制发射声信号模块图和建立声信号单程传输基本模型。
%The paper describes receiving acoustic systems experiments for SLITA and Micro-SLITA, whose results are used to analysis noise, and sets receiving model. Meanwhile, the paper also describes and analysis receiving and transmitting acoustic systems for TOSSA, and sets transmitting model and receiving and transmitting model for one way.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2016(038)010【总页数】4页(P150-153)【关键词】UUV;声呐;拖曳阵;接收和发射声信号;试验【作者】李佳橦;陈强;王连文【作者单位】中国人民解放军 92537部队，北京 100161;中国人民解放军 92537部队，北京 100161;中国人民解放军 92537部队，北京 100161【正文语种】中文【中图分类】TB567经过长时间的探索和分析，人们发现声波在海水中的传播能力为最佳，其他辐射形式例如电磁波和光波在海水中的衰减都比声波大得多[1]。
长期以来，为了保障潜艇使命任务的完成，配备了多种声呐，在这种配置下，潜艇的作战行动得到了保证[2]。
现如今由潜艇搭载拖曳声呐进行探测任务已成国内外反潜战发展趋势。
拖曳线列阵声呐简称“拖曳阵声呐”，它是将水听器安置在电缆上形成线列阵，由拖曳电缆拖在潜艇后部水中探测目标的声呐[3]。
2024年UTV全地形车市场环境分析
2024年UTV全地形车市场环境分析引言随着人们对户外休闲活动的兴趣增加，全地形车(UTV)在近年来逐渐流行起来。
UTV是一种四轮驱动的越野车辆，具有优越的越野能力和适应不同地形的能力。
本文将对UTV全地形车市场环境进行分析，以帮助企业在这一竞争激烈的市场中制定有效的市场策略。
市场规模与趋势全球UTV全地形车市场规模不断扩大。
根据市场研究机构的数据，UTV全地形车市场在过去几年内保持稳定增长，年复合增长率达到8%以上。
其中，北美地区是全球最大的UTV市场，其占据全球UTV销量的50%左右。
欧洲和亚太地区也是重要的UTV市场，其市场规模逐渐增长。
近年来，越野运动的流行和消费者对户外探险的兴趣增加，推动了UTV市场的增长。
此外，UTV在农业、建筑和旅游等领域的多功能使用也为市场增长提供了机会。
市场竞争环境UTV全地形车市场竞争激烈，主要品牌包括Polaris、Yamaha、Honda、Kawasaki等。
这些品牌在产品技术、品质和品牌知名度等方面都有一定的竞争力。
在市场竞争中，品牌知名度和产品质量是消费者选择UTV的主要因素。
消费者更倾向于购买知名品牌的产品，因为这些品牌通常能提供更可靠和高质量的产品。
此外，价格也是消费者购买决策的重要因素之一。
市场驱动因素UTV市场的增长受到多个因素的驱动。
首先，越野运动的流行促使了更多人购买全地形车。
人们喜欢通过驾驶UTV来体验刺激和冒险。
其次，室外探险活动的兴趣增加推动了UTV市场的增长。
人们愿意花费更多时间在户外，并通过UTV来探索自然。
另外，UTV在农业、建筑和旅游等领域的多功能使用也推动了市场增长。
农民、建筑商和旅游经营者越来越多地选择UTV来应对各种任务和需求。
市场挑战与机遇UTV全地形车市场面临一些挑战。
首先，市场竞争激烈，新进入者需要花费大量的时间和资源来建立品牌知名度。
其次，政府对于环境保护和噪音污染的关注也对市场增长产生了一定的限制。
然而，在市场挑战中也存在机遇。
国外水下无人装备研究现状及发展趋势
一、国外水下无人装备现状本文以水下无人航行器、水下预置装备、水下监听网等典型水下无人装备的研究现状及典型项目案例为牵引，综述国外水下无人装备的发展现状。
⒈水下无人航行器水下无人航行器(UUV)也称无人潜航器，美海军将UUV定义为无人、自带能源、自推进、自主控制(预编程或实时自适应使命控制)或最低程度监控、无缆(除数据光纤)的潜器；俄罗斯海洋科学技术研究所将UUV定义为能够在预定海域深度范围内，按照预编程轨迹航行并完成需要作业的装有仪器设备的潜器。
⑴UUV的发展现状UUV起源于20世纪50年代末，但由于技术条件限制，致使UUV发展缓慢，80年代以后，随着计算机性能的提升、水声通信技术的突破，UUV开始具备半自主控制能力。
21世纪以来，伴随着智能算法的应用、海洋资源的探索及军备竞争的需要，在军民科研领域掀起了UUV研究热潮，各种新概念、新方向被提出，UUV的自主控制水平得到进一步提高，其任务开始从反水雷向反潜、水下侦察、探测与识别等领域扩展。
美国是最早研究、研制UUV且技术最先进的国家，主要的UUV产品有蓝鳍金枪鱼机器人公司的Bluefin系列、WHOI的ABEAUV、Oceanserver公司的IverAUV等，军用UUV的典型型号有便携式的SAHRV、轻型的SMCM和重型的BPAUV等；欧洲国家在UUV的发展上仅此于美国，主要的UUV产品有挪威的REMUS系列(交付美海军)及HUGIN系列、法国的Alister系列、瑞典的SAAB 系列、英国的Autosub系列和Tailsman系列、德国的seaOtterMK系列。
另外，我国周边的俄罗斯和日本在UUV研究方面也具备较高的水平，例如俄罗斯海洋技术研究所的SKATAUV和MT-88AUV、日本海洋科学技术中心的深海型URASHIMAAUV等。
⑵UUV典型分类随着水下作业需求的增加，更多适应不同工作需求的水下无人航行器研制并应用，按照结构及工作模式，主要分为遥控水下航行器(ROV)和自主水下航行器(UUV)。
基于小型AUV发展现状的初步调研报告
基于小型AUV发展现状的初步调研报告前言：水下机器人主要分为2大类：一类是有缆水下机器人，习惯称为遥控潜器（remote operated vehicle, ROV)；另一类是无缆水下机器人，习惯称为自主式水下潜器（autonomous underwater vehicle, AUV) AUV是新一代水下机器人，具有活动范围不受电缆限制、机动性好、安全、智能化和隐蔽性好等优点，成为完成各种水下任务的重要工具。
如，在民用领域，可用于铺设管线、海底考察、数据收集、钻井支援、海底施工，水下设备维护与维修等；在军用领域，可用于侦察、布雷、扫雷、援潜和救生等。
本次粗略的调研主要针对小型自主水下机器人的发展状况、相关技术、改进空间等方面展开，并提出个人对于小型AUV的研究开发意见。
1.AUV发展现状AUV无人、无缆，完全自主航行，是代表UUV发展方向的高新技术，是发达国家海军和海洋技术研究发展的热点之一。
其主要特点为1）自治能力强；2）活动空间大；3）智能化水平高；4）适应能力强：5）实用性好；6）隐蔽性好。
美国作为海洋强国之一，拥有多个系列AUV.各自应用于不同的领。
美国伍兹霍尔海洋研究所（Woods Hold Oceanographic Instituton)海洋学实验室研制的REMUS系列AUV被于检测海洋环境状况、沿海搜索等任务。
OdysseyI～IV是麻省理工学院AUV实验室(MIT AUV Lab)研发的系列产品。
Caribou是一种OdysseyIII型AUV。
长2.6m,质量约400kg,工作深度为3000m。
最大下潜000m，可代替侦察船对危险海域进行监视，也能助水面作战舰艇完成作战任务．OdysseyIV型继承了OdysseyIl 型的流线外形，能量转化率高，机动性好，下潜深度大。
英国南安普敦国家海洋中心（National Oceanography,Southampton）研制的AutosubAUV配备有声学多普勒流速剖面仪、氧含量传感器、视距测量计、荧光计，以及用于航行器控制的测量位置、姿态、高度、深度的多种传感器，是一个远航程、大航深的多用途海洋调查与监视平台。
UUV在线路径规划技术现状及发展趋势
UUV在线路径规划技术现状及发展趋势UUV在线路径规划技术是UUV研究领域中的一个重要部分。
本文首先综述国内外UUV路径规划的发展现状，然后从使用不同计算方法的角度，分别从传统规划法、智能规划法和几何规划法，综述了UUV实时路径规划技术的研究现状和特点，指出了各种方法的优点和不足。
采用流函数法为UUV在复杂海洋环境下进行实时的航路规划。
最后，展望了UUV路径规划技术的发展趋势。
标签：UUV；路径规划；趋避；传统规划；智能规划0 引言在UUV的研究技术中，在线路径规划技术是完成其导航的一个重要环节。
典型的路径规划问题是指在有障碍物的工作环境中，按照一定的评价标准（行走路线最短、所用时间最少等）为机器人寻找一条从起点到终点的运动路径，让机器人在运动过程中能安全、无碰撞地通过所有的障碍物。
因而路径规划问题又可以称为避碰规划问题。
在线路径规划问题就是UUV的实时路径规划问题，又称局部路径规划。
文中从使用不同计算方法的角度，介绍了机器人路径规划技术的现状、特点及发展趋势。
1传统规划方法1.1 可视图法可视图法把UUV看作一点，将UUV、目标点的各顶点进行组合连接，并保证这些直线均不与障碍物相交，这就形成了一张图称为可视图。
1.2 自由空间法自由空间法通常是按比例扩大障碍物，而把UUV缩小成一点，然后采用预先定义的凸多边形等基本形状构造自由空间来描述UUV及其周围的环境，并将自由空间表示为连通图，然后通过搜索连通图来进行路径规划。
此方法比较灵活，即使起始点和目标点改变，也不必重构连通图，但是算法的复杂程度与障碍物的多少成正比，且不能保证任何情况下都能获得最短路径[2]。
1.3 人工势场法人工势场法的基本思想是将UUV在环境中的运动视为一种虚拟人工受力场中的运动。
障碍物对UUV产生斥力，目标点产生引力，引力和斥力周围由一定的算法产生相应的势，UUV在势场中受到抽象力作用，抽象力使得UUV绕过障碍物。
该法结构简单，便于低层的实时控制，在实时避障和平滑的轨迹控制方面，得到了广泛应用，其不足在于存在局部最优解，容易产生死锁现象。
水中无人作战平台发展现状与趋势分析
水中无人作战平台发展现状与趋势分析作者：杜方键张永峰张志正高琳田明来源：《科技创新与应用》2019年第27期摘; 要：以水中无人作战平台为核心的海上無人作战系统，具备高强度可重复执行高风险作战任务的能力，正在快速成长为一支强大的海战场作战力量，倍受各国海军关注。
文章重点从无人水下航行器（UUV）与无人水面艇（USV）两个方面对水中无人作战平台的发展现状进行了详细介绍，分析了水中无人作战平台的发展趋势并给出未来发展建议。
关键词：无人作战;UUV;USV中图分类号：TP242.6; ; ; ;文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）27-0006-05Abstract： The marine unmanned combat system， with the underwater unmanned combat platform as the core， has the ability to perform high-intensity and repeatable high-risk combatmissions， and is rapidly growing into a powerful naval battlefield combat force， which has attracted the attention of navies all over the world. In this paper， the development status of underwater unmanned combat platform is introduced in detail from two aspects of unmanned underwater vehicle（UUV） and unmanned surface vehicle （USV）， and the development trend of underwater unmanned combat platform is analyzed and some suggestions for future development are given.Keywords： unmanned combat; UUV; USV引言军事科学技术日新月异的发展，在军事领域引发了一系列革命性的变化，武器装备的发展呈现出信息化、精确化、隐身化和无人化等特点。
uuv水下对接技术发展现状与关键技术
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许光：UUV水下对接技术发展现状与关键技术
操纵其靠近水下对接平台，当进入距离水下平台1 k m 范围内时，潜水器自带的导航声呐引导其靠近 对接点。到达对接点后，操纵人员利用潜水器前部 的电视摄像头来调整推进器和机械臂来完成对接 动 作 ，如 图 4 。一旦成功对接，水下平台中的数据 就 能 传 送 到 水 面 船 只 了 。当 数 据 传 送 完 成 后 ，作为 数据传送中继站的潜水器就会从对接点分离开来 并返回到水面船只。
是 一 种 实 验 性 的 uuv[9’1()]，己经能成功进行水下平
台 的 对 接 ，并 且 能 自 动 补 充 能 量 ，其研制的目的是 为了 U U V 的小型化做准备。小 型 UUV 携带的能量 有 限 ，不 能 长 时 间 在 水 下 工 作 ，需 要 不 断 补 充 能 量 。 2 0 0 3 年 进 行 的 海 试 验 证 了 其 对 接 装 置 的 实 用 性 。它 的 泊 坞 系 统 采 用 了 一 种 全 新 的 方 式 （类似于飞机着 陆地面），同 时 在 U U V 上还带有两个捕捉臂，用来 捕捉泊坞平台上的V 型定位装置，实现最终的定位， 完 成 U U V 的能源和数据信息的驳接，如 图 10。
Woods Hole Oceanographic Institution 的 Hanumant Singh等人提出了使用多个Odyssey型 UUV的海洋 数据采样网络系统[1]，如 图 1 , 该系统能在水下对
图 2 Odyssey型 AUV及其水下对接装置工作原理
UUV能源技术发展现状与趋势
UUV能源技术发展现状与趋势作者：李晓东来源：《中国科技博览》2013年第25期[摘要]UUV续航能力的大小、传感器携带的多少都取决于动力电源的性能，动力电源是UUV整体设计和性能的关键。
本文对目前UUV能源的发展现状进行了说明，并对未来UUV 能源的发展趋势进行了分析。
[关键词]UUV能源燃料电池斯特林热机不依赖空气推进系统混合动力中图分类号：U468.3 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）25―0553―02UUV执行的任务越来越复杂，需要更大的续航能力，其技术发展将主要集中在能显著提高续航能力的动力电源系统、高度智能化系统、精确导航系统、完善的信号处理系统等方面[1-3]。
其中动力电源是UUV整体设计和性能优劣的关键。
UUV的续航能力及所能携带传感器都取决于动力电源的性能。
然而，传统UUV电源严重限制了UUV的性能，远远不能满足新形势下UUV大航程、多任务的要求[4]，因此急需开发大容量、长续航时间的动力电源。
本文分别介绍了传统UUV能源、锂系列电池、燃料电池、半燃料电池、混合能源等，分析了UUV 能源的现状和发展趋势。
1、传统UUV能源传统的UUV能源主要有铅酸电池、镉镍电池和银锌电池。
铅酸电池在工艺和成本方面具有一定的优势，但比能量低、循环寿命短等缺点突出，在美国现役UUV中已经被淘汰，目前主要用于UUV训练。
相对铅酸电池，镍镉/镍氢电池比能量提高并不明显，使用大电流放电，寿命稍优于铅酸电池，能维持UUV航行4～12h，但性价比不高。
银锌电池充电时间长，使用寿命短，低温性能差、成本维护费用较高，比能量是铅酸电池的2～3倍，主要用于轻、中型UUV。
传统能源应用于UUV的实例有加拿大的The-seus、英国的AUTOSUB、美国的ODYSEYY AUV等。
2、锂系列电池锂电池主要有一次和二次锂电池。
一次锂电池通常以金属锂作为负极，采用非水电解质溶液，在有机溶剂中加入无机盐使之导电。
关于国内外AUV 的发展现状与趋势的研究
关于国内外AUV的发展现状与趋势的研究图1-1封面一1、国内外AUV的发展现状智能水下机器人(AUV)是无人水下机器人(UUV)的一种。
无人水下航行器技术无论在军事上、还是民用方面都已不是新事物，其研制始于2O世纪50年早期民用方面主要用于水文调查、海上石油与天然气的开发等，军用方面主要用于打捞试验丢失的海底武器(如鱼雷)，后来在水雷战中作为灭雷具得到了较大的发展。
2o世纪80年代末，随着计算机技术、人工智能技术、微电子技术、小型导航设备、指挥与控制硬件、逻辑与软件技术的突飞猛进，自主式水下航行器得到了大力发展。
由于AUV摆脱了系缆的牵绊，在水下作战和作业方面更加灵活，该技术日益受到发达国家军事海洋技术部门的重视。
在过去的十几年中，水下技术较发达的国家像美国、日本、俄罗斯、英国、法国、德国、拿大、典、意大利、挪威、冰岛、葡萄牙、丹麦、韩国、澳大利亚等建造了数百个智能水下机器人，虽然大部分为试验用，但随着技术的进步和需求的不断增强，用于海洋开发和军事作战的智能水下机器人不断问世。
由于智能水下机器人具有在军事领域大大提升作战效率的优越性，各国都十分重视军事用途智能水下机器人的研发，著名的研究机构有：美国麻省理工学院MIT Sea Grant S AUV实验室、美国海军研究生院(Naval Postgraduate Schoo1)智能水下运载器研究中心、美国伍慈侯海洋学院(WoodsHole0ceanographic Institute)、美国佛罗里达大西洋大学高级海洋系统实验室(Advanced Marine Systems La．boratory)、美国缅因州大学海洋系统工程实验室(Ma．rine Systems Underwater Systems Institute)、美国夏威夷大学自动化系统实验室(Autonomous Systems Labo．ratory)、日本东京大学机器人应用实验室(UnderwaterRobotics Application Laboratory(URA))、英国海事技术中心(Marine Technology Center)等。
UUV关键技术及发展趋势探讨舒国平朱新星
UUV关键技术及发展趋势探讨舒国平朱新星发布时间：2023-07-18T04:42:35.396Z 来源：《中国科技信息》2023年9期作者：舒国平朱新星[导读] 依据控制方式的不同，UUV可分为无人自主潜航器（AUV）、有缆遥控潜器（ROV）和自主遥控复合型潜器（HROV）等。
其中，AUV能够依靠其自治能力完成任务，具有机动灵活、使用成本低、作业范围大、环境适应能力强等特点；ARV配备与母船连接的缆索，能够以自主、遥控、半自动等多种模式作业。
本文分析了其主要关键技术，并展望了其发展趋势。
中国船舶集团公司第七一○研究所湖北宜昌 443003摘要：依据控制方式的不同，UUV可分为无人自主潜航器（AUV）、有缆遥控潜器（ROV）和自主遥控复合型潜器（HROV）等。
其中，AUV能够依靠其自治能力完成任务，具有机动灵活、使用成本低、作业范围大、环境适应能力强等特点；ARV配备与母船连接的缆索，能够以自主、遥控、半自动等多种模式作业。
本文分析了其主要关键技术，并展望了其发展趋势。
关键词：UUV；关键技术；发展趋势1 研究现状无人潜航器（UUV）研制始于20世纪50年代。
进入21世纪，随着结构材料、智能控制、导航定位、能源推进及传感器等技术的不断发展，无人潜航器的工作深度、自主控制、续航时间及作业能力均大幅提升。
以美欧为代表的海洋科技强国大力发展大深度无人潜航器装备，多型大深度AUV、ARV已实现业务化应用。
美国在大深度无人潜航器领域居世界领先地位，主要研发应用机构包括美国海军水下作战中心、海军研究局、国防部高级研究计划局（DARPA）等军方单位以及伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）、华盛顿大学、麻省理工学院、Hydroid公司、Teledyne公司、波音公司和洛克希德·马丁公司等科研院所和企业。
REMUS系列AUV是美国性能最先进、列装最多、应用最广泛的无人潜航器系列，采用模块化设计，能够搭载不同类型任务载荷完成多种使命任务，已大量出口英、日、澳等国。
国外AUV研发现状综述
国外A U V研发现状综述 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-国外AUV研发现状资料（一）：以下资料来自：（1）美国根据1994年美国海军制定的水下无人航行器（UUV）发展计划，包括AUV和ROV（遥控航行器）两个方面的研究涉及五个领域：运载器、能源、传感器、导航与控制、通信。
其它方面的研究包括：1）AUV和ROV探测网反潜的研究，利用探测网进行水下三维探测，通过就地采样或层析获得的环境信息有利于提高反潜探测，同时还可以利用多个小型分散平台与有人平台一起构成反潜作战探测网；2）作为武器平台，携带近程攻防武器对敌方潜艇进行秘密攻击；3）布设水下通信网络；4）进行海洋探测。
美国海军主要研制UUV的单位包括：美国海军水下作战中心（NUWC）、美国海军研究局（ONR）、美国海军海洋系统中心（NAVOCEANO）、美国海军空间和海战（SPAWAR）系统中心、美国国防高级研究计划局（DARPA）和查尔斯·斯塔克·德雷珀实验室（CSDL）、美国海军研究生院（NPS）等。
此外，麻省理工学院、Woods Hole海洋研究所、通用动力公司和雷声公司、洛克希德导弹和宇航公司、佩里技术公司等，下面分别就各单位的AUV研发情况进行介绍。
美国海军空间和海战（SPAWAR）系统中心：该中心主要从事AUV的指挥和控制系统、光纤和水声通信系统、非金属材料和运载器总体的研制。
该中心拥有三个UUV试验运载器：先进的无人搜索系统（AUSS）、自游者II （Free Swimmer II-SFII）和飞行插塞（Flying Plug）。
AUSS是一个用于深海搜索的鱼雷形AUV，全长5200mm，直径800mm，重量1230kg，以最大速度6kn航行航力为10小时，采用20kWh银锌电池，推进装置为2个垂直推进器和2个纵向推进器。
AUSS带有水声通信设备，可在水深6000m的水下向水面传送侧视声纳数据或CCD电视信号，AUSS是自主式的，它对目标的搜索时间只需常规拖曳式搜索系统的1/10。
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USV与AUV国内外发展情况一、USV国内发展情况1.1上海海事大学“海腾01”上海海事大学日前对外发布最新科研成果，由该校科学研究院航运技术与控制工程交通行业重点实验室无人水面艇课题组开发研制的“‘海腾01’号智能高速无人水面艇”成功落水。
作为国际研究热点，“海腾01”号瞄准世界最先进无人水面艇技术，开发具有全天候、高海况下自主航行，实时进行水面监视监测、水下测量勘探功能,多操控模式、大载荷特点的高速无人水面艇。
“海腾01”号可在海事巡航、航道测量、水文监测、水面防污染监测、进出港与过境船舶监测监视、水上消防、水上溢油控制与回收、海上搜寻救助、沉船勘探打捞、水上反恐、专属经济区守护与活动取证、海洋资源调查与取样等领域无人作业。
该项目获得2010年中央财政支持地方高校发展专项资金支持，并在国内首次实现海上溢油处理水面机器人技术及其装备的试验性应用。
据介绍，“海腾01”号智能高速无人水面艇长10.5米，宽3.6米，满载排水量8.5吨，吃水0.8米。
使用喷水推进，最大航速40节，巡航速度30节。
由艇体、推进系统、能源系统、导航系统、通讯系统、控制系统和任务系统等组成。
具有全自航模式、半自航模式和全遥控模式三种工作模式。
配备有毫米波雷达、激光雷达、前视声纳、立体视觉和360度监控摄像机等监测设备，可进行水上和水下障碍物的全方位探测。
并通过多源信息融合提高障碍物探测的准确性和可靠性，为自主避障提供足够信息。
“海腾01”号既可无人驾驶，也可人工驾驶，驾控台上的人工驾驶具有最高优先级，便于无人艇调试过程中的监控与紧急情况处置。
1.2上海海事大学“Silver frog”上海海事大学研制的“Silver frog”号USV 为双体型铝合金小船，是一个多任务通用平台，艇长2.7m、宽1.48m、型深0.36m，艇重60kg，有效载荷100kg。
采用双螺旋桨推进，由DC 电机驱动，依靠推力差进行转向控制。
航速可达6kn（艇重60kg 时），使用60Ah 的锂电池组供电。
“Silver frog”采用了基于无线局域网络的控制系统，它由岸基监控系统和USV 载体组成，通过监控系统下达控制指令以控制USV 的航行，无线网络的有效通信距离可达1 n mile，该艇还配备了照相机等设备。
目前该艇进行了海港监视、水质量采样、水文测量、海事搜救等试验。
图8 “Silver frog”USV1.3中国航天科工集团“天象1号”隶属于中国航天科工集团的沈阳新光公司开发了“天象1 号”USV。
该艇的船体采用碳纤维材料，全长6.5m，配有智能驾控、GPS 定位、航海雷达搜索、图像传输与处理等系统，能够向母船和岸基实时传输艇体周围海域的环境图像。
该USV 作为气象应急装备，在2008 年的青岛奥运帆赛期间为比赛提供了气象保障服务。
图 1 “天象1 号”USV1.4航天科工新光集团“XG-2”2006年10月在第六届中国国际航空航天博览会上,航天科工新光集团展示了自行研制的XG一2水面无人艇,这也是我国第一种无人多功能艇。
XG一2采用了自主航行与遥控航行两种模式,最大航速达到45节,遥控距离达到100千米。
小艇可携带雷达、光电和声呐等目标探测系统,可配备机枪、防空导弹等自卫武器,执行扫雷任务时还可携带灭雷具。
目前这种小艇正在进行相关实验,不久即可投入使用图1.6我国的XG一2水面无人艇1.5哈尔滨工程大学“XL-USV”哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室借助于在AUV 领域所积累的丰富经验，在国内较早开展了USV 技术研究，在USV 运动控制、路径规划、环境感知等方面进行了大量湖试与海试，取得了一定的成果。
图2“XL”USV1.5北京铭尼科科技有限公司北京铭尼科科技有限公司于2007 年推出的无人水面巡航艇可谓是一个突破，巡航艇长7-11 米，最大航速35 节，是一个可远程控制的水面机器人运载平台，其极强的机动灵活性使它在海岸与港口安全、勘测与侦察、海上作战、目标搜寻等方面都有很好的应用。
1.6沈阳自动化所沈阳自动化所开发了三体USV，该艇的推进系统采用直流电动驱动，航速4~6kn。
试验平台分为地面控制系统、无线传输设备和艇载控制系统三个部分，其中地面控制系统由操纵杆和电脑组成；艇载控制系统由主计算机，A/D 数据采集卡和传感器等构成，其中主计算机由PC-104 组成。
该艇配备了线加速度/角速度传感器、陀螺仪、罗经和Hemisphere OEM 型GPS 等。
沈阳自动化所的三体USV二、USV国外发展情况2.1美国2002 年，美国太平洋司令部发起设计新型水面无人舰艇“Spartan”项目。
“Spartan”号USV 是一个模块化、可重构、多任务、高速、半自主式水面无人艇，分为7 米和11米两种艇型，能够分别携带3000 磅和5000 磅的有效载荷。
目前，美国海军濒海战斗舰已开始配备该USV，该艇装有光电/红外监视器、对海搜索雷达、数字图像传输系统和无人指控设施。
这些环境感知传感器使母舰能够通过水面无人艇获得周围的海上图像，对受保护舰艇周围的环境进行实时监视并具有出色的环境感知能力，可检测水面小型快艇或水雷，是应对海上非对称威胁的主要手段。
图 2 即为“Spartan”号USV 通过可见光摄像头探测到的舰船目标，可实现目标瞄准。
(a)7m 长USV (b)11m 长USV图 1 “Spartan”系列USV图2“Spartan”USV 探测图像美国海军开展了”Seafox”系列型号USV 的研制。
该型号USV 配有数字缩放红外摄像机、数字缩放白昼彩色摄像机、3×70°的导航摄像机等环境感知传感器。
这些设备使得该型号USV 具备远距离监控的能力，很大程度上扩大了该型号USV 的作业范围，包括：内河作业，海面拦截作业，海域环境感知，港口安全，自动作业等。
图 3 “Seafox MK I”USV 和“Seafox MK II”USV 美国空间和海战系统中心的机器人研究小组开发了一种通用的USV 试验平台——“SSC San Diego”号USV，其目的是为后续的新概念USV 研发进行快速原型搭建与测试。
在该平台上，该小组研究了多项用以提升USV 性能和智能水平的先进技术，并成功地运用于其它类USV 上。
“SSC San Diego”号USV 以Furuno 数字航海雷达目标检测结果为基础，结合电子海图实时建立局部环境模型，完成了USV 的自主航行和危险规避。
图4“SSC San Diego”USV2.2以色列以色列研发了“Protector”号USV，它是当今技术最成熟的无人水面艇。
它以刚性充气艇为基础，采用遥控控制模式，艇长为9 米，速度可达50 节。
艇上配备先进的导航雷达、全球定位系统、红外传感器、光电指示器、“微型台风”遥控武器站等先进仪器设备，能通过视距内或视距外通信进行控制，可以通过光电指示器或红外传感器探测到敌对目标，如海上作战平台、小型舰艇，并进行指示攻击；还可以执行护卫和巡逻，海上保卫，远程打击任务等。
图 5 “Protector”USV2.2其他韩国海洋研究院正开展USV 方面的研制，其目的是替代普通舰艇来完成海洋调查、区域巡逻等任务，在降低安全事故发生频率的同时，有效提升海洋调查、巡逻活动的作业能力，在海况恶劣的状况下，还能对遇险人员进行搜救，计划在2015 年实现商业化。
日本为阻止来自海上的入侵和攻击等恐怖事件，研发无人驾驶潜艇和无人驾驶水上艇，计划于2013 年实现部署。
构想是将无人驾驶水上艇和无人驾驶潜艇加以结合，共同进行追踪武装间谍船、搜索和清除水雷、海底调查以及监视入侵离岛、港湾和沿岸的敌方特种部队等任务。
综上，现阶段国外USV 已具备一定的自主或人工参与的环境感知能力，对航海雷达和视觉传感器在USV 上的综合应用相对成熟，并已经应用于实艇试验和实际使用中。
美国在无人系统发展路线图中指出，未来USV 环境感知系统发展方向包括多变海洋环境的适应能力和复杂环境下的感知识别能力，2015 年环境感知系统应达到目标分类能力，2034 年应具有自主的智能目标识别能力。
三、AUV国内发展情况在世界各国研究AUV 如火如荼时候，我国才开始起步研究，但是这种研究也仅仅集中在少数高校和研究所中。
在1986年实施863计划之前，研制的都是仅能达到300米的有缆遥控水下机器人。
到九十年代，我国在水下航行器技术领域获得了重大突破。
沈阳自动化所在1994年和1995年分别与国内的中科研声学所、中船重工702所还有几所重点高校和俄罗斯科学院海洋技术研究所合作研发了“探索者”号和CR-01(图1-4)，这两种无缆的水下航行器。
前者工作深度达到了1000米，后者则是达到了6000米，我国一下跻身到在机器人总体技术水平的世界先进行列，也成为了AUV 能下潜到6000米的少数国家之一。
CR-01可以按照预订航线进行航行，在6000米水下能够拍照、摄像、海底沉物目标搜索观察、海底多金属结核丰度测量、海底地势与剖面测量等等。
CR-01型AUV 主要是为了用于对矿产资源的勘测和开发，其研究得到了中国大洋矿产资源开发研究协会支持。
图1-4 CR-01型水下航行器2008年3月CR-02型AUV6000米深海试验成功，标志着中国在自主式水下航行器技术和应用方面实现新的跨越，达到世界先进水平。
CR-02型(图1-5)AUV 的本体长4.5米，直径0.8米，最大工作深度与CR-01一样，6000米，续航达25小时，定位精度小于20米，长基线声纳定位系统作用距离为10-12千米，剖面仪地层穿透深度达50米。
CR-02型AUV 主要用于国际海底复杂环境下的海底矿产资源调查、作业海区现场海洋环境的测量、深海采矿场所的前期和后期调查、在某些特殊情况下还可作为定点调查设备使用，也可以应用于失事舰船调查和深海科学考察。
图1-5 CR-02型水下航行器由哈尔滨工程大学、华中理工大学、702研究所和709研究所共同开发研制的自主式智能水下机器人“智水”系列(图1-7)代表了我国军用AUV 的先进水平,该系列AUV 可用于海域扫雷,自主巡航等。
经实验表明在智能控制等诸多方面“智水”都达到较高的水平。
图1-7 “智水Ⅲ”型水下航行器四、AUV国外发展情况4.1、美国海军空间和海战系统中心自游者II美国海军空间和海战系统中心(SPAW AR)开发的自游者II(Free Swimmer II-SFII)、无人驾驶搜索系统(AUSS)(图1-1)以及飞行插头(Flying Plug)。
其中自游者II 属于无人驾驶水下航行器(UUV),在三者中体积最大,整体呈鱼雷形状,主要用来运输其他自主式航行器[24]。
AUSS(图4-1)属于自主式水下航行器(AUV),体长5.2米,直径0.8米,重1230千克,续航行时间为10小时左右。