水下无人机物探技术预研究

水下无人机物探技术预研究

2.水下无人机物探技术国内外发展现状

2.1国内水下无人机系统调研

我国对水下无人机的研究相比国外起步比较晚，但随着我国逐渐意识到与西方军事强国之间的差距,对水下无人机的研制工作越来越重视,到了90年代，取得了巨大突破。1994年，我国研制的“探索者”号成功下潜1000米，为我国水下无人机的发展带来了希望和憧憬，成为了到达深海领域的先驱；1995年,借助于俄国的相关技术支持，我国研制的“CR-01A”在夏威夷海域下潜可达5300米，在潜深方面取得了巨大的进步；1997年,“CR-O1”再一次在太平洋顺利完成了深海探测任务,并获取了大量数据和资料。其后，中科院沈阳自动化研究所又研制了“CR-O2”和“潜龙一号”深潜器（图1），重量为1500kg，工作深度为6000米，最大续航能力24小时。

图1“CR-02”和“潜龙一号”深潜器

由702所、沈阳自动化研究所和哈尔滨工程大学联合研制的智水-Ⅰ型、智水-Ⅱ型水下无人机分别在1994年和1995年成功完成了海试,并实现了自主避障、导航和作业的功能。而智水-Ⅲ型水下无人机在2000年通过海试后,又实现了自主识别水雷和绘制雷区、自主模拟扫雷任务、自主策划安全航行路线、自主远程航行的功能,而且其续航能力可达4公里以上。总体上看，我国的水下无人机研制以大型的深潜器或用于军事方向为主。

2.2国外水下无人机系统调研

早在1934年，美国人研制出可以下潜900多米的载人潜水器，这是所谓最早的水下无人机，从上世纪50年代开始水下机器人的发展经历了半个多世纪的历程，1953年又研制出无人有缆遥控潜水器。其后水下无人机的发展过程大致经历了三个阶段。其中第一阶段是开始阶段，从19世纪50年代到70年代，这一时期人们刚刚对水下无人机的领域有所认识，特别是美国研制的CURV系统因为成功的收回一枚氢弹而引起世界各国科学界的重视，人们首次感受到水下无人机的重要作用，所以开始进行早期的研制和开发工作。第二阶段是70年代到80年代，属于水下无人机研究的大发展时期，随着工业发展，地球资源的消耗，世界各国人民越来越重视海洋石油和天然气的开发，很大程度上发展了水下无人机的理论研究用，不仅理论有很大的进步，水下无人机也在各个方面开始应用，并发挥作用，不如海底石油的勘探，开发，海洋环境的调查，海底救捞等方面都发挥了重要的作用。第三阶段是19世纪80年代以来，随着各个方面科学技术的不断发展进步，水下无人机又进入一个迅速发展的新时期。进入21世纪以来，世界上已有10多个国家的1000余艘各种用途的水下无人机（图2）投入到军用或民用的领域。

图2国外研制的各种水下无人机

国内外比较有代表性的水下无人机有：

（1）由美国伍兹霍尔海洋研究所设计、美国水螅虫（Hydroid）公司制造和销

售的水下无人机，如图3所示，各项性能如表1所示。

图3REMUS100、REMUS600和REMUS6000系列水下无人机

表1REMUS 系列航行器的各项性能指标

（2）由美国海军研究所和金枪鱼机器人公司研发的战场准备自主式水下无人

机，Bluefin 系列航行器有Bluefin-9、Bluefin-12和Bluefin-21（图4依次为这三种型号航行器），其各项性能如表2所示。

图3Bluefin-9、Bluefin-12和Bluefin-21系列水下无人机

表2Bluefin系列航行器的各项性能指标

（3）英国主要发展了两种水下无人机系列：即Autosub系列和Tailsman系列，Autosub为民用水下无人机（图4），Tailsman为军用水下无人机，主

要研发单位是英国十安普顿海洋研究中心和英国BEA系统公司水下系统

部。

图4Autosub-1型水下无人机

（4）法国ECA公司20世纪70年代就研制了世界著名的PAP104灭雷具，具有研发自推进航行器的丰富经验，是法国水下无人机Alister系列的主要研发单位，图5所示为Alister100型无人航行器。

图5Alister100型水下无人机

（5）德国发展的“海獭”（SeaOtter）MK系列水下无人机共有三种类型，分别为“海獭”MKⅠ型、“海獭”MKⅡ型、和“海獭”MKⅡD型。主要研发单位是德国ATLAS集团的ATLAS MARIDAN公司，2005-2006年，“海獭”MKⅡ型（图6）成功完成了多次海上猎雷试验。

图6“海獭”MKⅡ型水下无人机

（6）挪威的主要研发单位是挪威国防研究机构和Kongsberg Maritime公司，研发了HUGIN系列水下无人机，应用于军事和民事领域，其性能如表3

所示。

表3HUGIN系列航行器的各项性能指标

图7HUGIN1000型水下无人机

（7）ISE Explorer系列水下无人机，由加拿大的国际水下工程公司研制，2001年开始研发，2004年第一艘交付给法国研究局，2006年第二艘完成了

5000m深度的海洋科学试验，证明其具有高可靠性低运行成本，如图8所示。

图8ISE Explorer型水下无人机

（8）冰岛Hafmynd公司出品的系列小型水下无人水下无人机为Gavia系列，其外观和性能如图9、表4所示。

图9Gavia系列水下无人机

表4Gavia系列航行器的各项性能指标

水下无人机执行水下调查勘探任务，是通过配置环境测量设备对水下的地形、地貌、地质进行勘察和测绘，包括多波束测深声呐、浅层剖面仪和侧扫声呐等设备；海洋水文气象测量设备包括声学多普勒流速剖面仪和温盐深测量仪等设备；海洋水声测量设备包括水声测量仪表和水声测量换能器等。

1)前视声呐是利用超声波对水下无人机前进方向的水中目标进行探测、定位的声呐。提供目标的方位和距离信息，用以保证水下无人机的航行安全，目前应用比较多的前视声呐是丹麦RESON公司的SeaBat系列。

2)侧扫声呐由换能器基阵、收发机和记录器组成，可判断目标的位置、形状和高度。主要用于快速环境评估、水文调查、地球物理调查等。美国EdgeTech 公司研制的2200系列和4400合成孔径系列侧扫声呐在水下无人机上应用较多。

3)多波束测深声呐是可同时获得与舰船等航行体航迹相垂直且面内数十个深度值的回声测深声呐。Simrad公司的EM2000多波束探测声呐在水下无人机上应用较多。

4)浅层剖面仪是一种利用声波探测浅底地层剖面结构的仪器，工作频率比较低，能穿透海底泥沙2～100m。

5)声学多普勒流速剖面仪(ADCP)是一种利用声学多普勒原理测量水流速度剖面的仪器，它具有测深、测速、定位的功能。美国RDI公司生产多型Workhorse ADCP系列产品，主要用于海上石油和无然气工业，再生新能源利用，生物海洋学，综合海洋观察系统，航海安全，深海和中深海的海流中长期测量等。

6)温盐深传感器(CTD)用于测量海水的温度、盐度和深度。这类仪器采用力学、热学、流体力学等原理制成。Glider Payload CTD是一个综合的CTD传感器，作为模块化组成部分，常用于水下无人机或其他可以提供直流电源和需要连续数据的自主平台。

7)水声测量换能器主要有标准水听器、发射器、专用换能器。水听器是用于接收水中声信号的水声换能器，亦称接收换能器；发射器能形成高保真度的可控水声场，在宽带内发射响应均匀；专用换能器是适应专门测量场合或用途而设计的特殊换能器。水声测量换能器是水声设备的关键器件之一，通常作为基元，以多个水声换能器组成基阵使用，广泛用于声呐、水声测量、水声对抗设备和水