无人水下航行器的发展与展望

【摘要】以无人水下航行器的发展趋势与功用为主题，介绍了无人水下航行器的特点和使命，阐述了无人水下航行器的发展历程和研究现状，重点介绍了美国在无人水下航行器方面的发展过程和发展方向。最后展望了其未来发展重点及在军事方面的广泛应用。

【关键词】无人水下航行器；发展；功用；展望

1.引言

无人水下航行器[1]（UUV，Unmanned Under-water Vehicle）是以潜艇和水面舰艇为载体，具有长时间续航能力，并且可回收的小型智能武器装备，它的主要功能包括水下侦查、遥控猎雷和作战。

近几年，UUV技术得到了快速发展，总体可将其概括为应用于无人水下航行器，并保障其能够顺利执行各种任务的技术。到目前为止，基本上包括六项相关技术：长续航力推进、水下通信、相关导航、任务管理与控制、传感器及信号处理和航行器的设计。

在现代战争中，信息起着至关重要的作用。在新世纪，信息战是现代战争的主导模式。与此同时，信息战也在向反潜战中延伸，水下信息战必定会出现在未来的反潜战场。在未来的水下信息作战中，UUV的作用将逐渐凸显，对未来战争将起着不可忽视的作用。如今，世界上各国对如何掌控水下信息都十分的关注，美国、俄罗斯、欧洲、日本等海军强国，都在紧锣密鼓的研究UUV技术，并用它们来搜索、控制和组建水下信息网络。

2.UUV的特点、使命和功能

UUV是一种新概念武器，由于它的自主性、灵活性和多用途性，决定了它在水下战场将起到至关重要的作用以及在多领域的广泛应用。

2.1 UUV具有的特点[2]

1）作战用途广。可依据具体作战需要，进行使命重构，搭载相应的任务模块，担负不同性质的任务。

2）智能程度高。可以采用最新人工智能控制技术，可自主进行航路规划、障碍物规避、目标运动要素解算及战术机动等，自主完成各项作战任务。

3）隐身性能好。水下物体本身就不容易被探测到，再加上UUV自身的制作材料采用新的隐身材料，采用隐身技术，降低噪音技术等等，使其很难被敌方探测并捕捉。

无人水下航行器声呐装备现状与发展趋势

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：

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。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。承担不

【CN109904583A】一种自主水下航行器用可折叠天线装置【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910256314.0 (22)申请日 2019.04.01 (71)申请人中国计量大学地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区学源街258号 (72)发明人申洪彬　严天宏　赵梓奎　 (51)Int.Cl. H01Q 1/08(2006.01) H01Q 1/22(2006.01) H01Q 1/34(2006.01) (54)发明名称一种自主水下航行器用可折叠天线装置 (57)摘要本发明是一种自主水下航行器（AUV）用可折叠天线装置，属于水下机器人领域，具体涉及自主水下航行器（AUV）天线装置，自主水下航行器（AUV）可折叠天线安装在自主水下航行器（AUV）透水舱内，天线主体设计三个独立密封舱安装各种天线，传动机构为连杆机构，两连杆一端与天线主体连接另一端与舵机输出轴连接，舵机通过单独的舵机密封舱密封，舵机转动带动两连杆运动实现天线主体折叠运动。本发明具有外形阻力小、通信效果好、能耗低、可靠性高等优点。权利要求书1页说明书3页附图4页CN 109904583 A 2019.06.18 C N 109904583 A

权　利　要　求　书1/1页CN 109904583 A 1.一种自主水下航行器（AUV）用可折叠天线装置，其特征在于：包含自主水下航行器（AUV）透水舱（1）、固定座（2）、天线主体（5）、天线罩（12）、传动机构、驱动机构以及舵机舱固定架（16），所述的驱动机构与传动机构相连，所述的驱动机构安装在舵机舱固定架（16）上，所述的天线主体（5）通过深沟球轴承A（3）以及轴A（4）与所述的固定座（2）连接，所述的固定座（2）固定在所述的自主水下航行器（AUV）透水舱（1）上，所述的传动机构一端通过深沟球轴承B（9）以及轴B（8）与所述的天线主体（5）连接，另一端通过螺母A（19）固定于所述的舵机输出轴（17）上，所述的驱动机构通过所述的舵机输出轴（17）带动传动机构以及天线主体运动，实现自主水下航行器（AUV）天线的折叠运动。 2.按权利要求1所述的自主水下航行器用可折叠天线装置，其特征在于：所述的驱动机构为舵机驱动机构，包含舵机（26）、舵机密封舱（25）、舵机密封舱盖（24）以及舵机输出轴（17），所述的舵机（26）位于所述的舵机密封舱（25）内，所述的舵机（26）与所述的舵机输出轴（17）一端连接，所述的舵机驱动轴（17）穿过所述的舵机密封舱盖（24），所述的舵机输出轴通过密封圈B（23）与所述的舵机密封舱盖（24）实现旋转动密封。 3.按权利要求2所述的自主水下航行器用可折叠天线装置，其特征在于：所述的舵机密封舱盖（24）上开有密封槽和舵机安装槽，所述的舵机密封舱盖（24）与所述的舵机密封舱通过螺栓B（18）与螺母B（28）连接，所述的舵机密封舱（25）与所述的舵机密封舱盖（24）之间装有密封圈C（27），所述的舵机通过所述的舵机密封舱（25）与所述的舵机密封舱盖（24）挤紧固定。 4.按权利要求1所述的自主水下航行器用可折叠天线装置，其特征在于：所述的传动机构为连杆传动机构，包括连杆A（7）以及连杆B（15），所述的连杆A（7）一端通过深沟球轴承B （9）与天线主体（5）连接，另一端通过深沟球轴承C（14）与连杆B（15）连接，所述的连杆B（15）通过螺母A（19）与所述的舵机输出轴（17）固定。 5.按权利要求1所述的自主水下航行器用可折叠天线装置，其特征在于：所述的天线主体（5）包含天线罩（12）、WLAN天线舱（6）以及电台天线舱（21），所述的天线罩（12）通过螺栓A （13）与天线主体（5）连接，所述的天线主体（5）上开有深槽用以安装GPS、铱星等天线，所述天线主体（5）内部安装的GPS、铱星等天线通过穿线螺丝A（10）出线，所述的WLAN天线舱（6）通过穿线螺丝B（22）出线，所述的电台天线舱（21）通过穿线螺丝C（20）出线。 6.按权利要求1所述的自主水下航行器用可折叠天线装置，其特征在于：所述的天线主体（5）伸出后与自主水下航行器（AUV）垂直，所述的天线主体折叠后嵌入自主水下航行器（AUV）透水舱（1）内部并与自主水下航行器（AUV）外形保持一直。 2

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

水下无人航行器组合导航研究

本科毕业设计论文题目水下无人航行器组合导航研究专业名称学生姓名指导教师毕业时间2014.06

毕业任务书一、题目水下无人航行器组合导航研究二、指导思想和目的要求 1.利用已有的专业知识，培养学生的解决实际工程问题的能力 2.锻炼学生的科研工作能力和培养学生团队合作及攻关能力三、主要技术指标 1.捷联惯导原理分析及模型建立 2.应用卡尔曼滤波方法建立组合导航系统模型 3.应用matlab进行仿真实现四、进度和要求第01周----第02周：撰写开题报告；第03周----第05周：组合导航相关基础知识学习；第06周----第07周：熟悉Matlab等相关软件；第08周----第13周：设计组合导航滤波方案和滤波器结构；第14周----第16周：对设计方案进行实验验证；第17周----第18周：撰写毕业设计论文，论文答辩。五、主要参考书及参考资料 [1]胡小平．自主导航理论与应用．国防科技大学出版社．2002. [2]万海. 多传感器数据融合及其应用. 西安电子科技大学出版社. 2004. [3]干国强. 导航与定位. 国防工业出版社. 2000. [4]秦永元. 卡尔曼滤波与组合导航原理西北工业大学. 1998. [5]邹维宝. INS/GNSS/SAR组合导航系统及其智能化信息融合技术的研究. 西北工业大学. [6]Dasgupta Sumantra. An augmented-reality-based real-time panoramicvisi on System for autonomous navigation．IEEE Transactions on Systems，Man，and Cybernetics Part A：Systems and Humans．2006. I

美军水下无人系统发展探讨

美军水下无人系统发展探讨发表时间：2019-01-11T15:08:36.013Z 来源：《新材料·新装饰》2018年7月上作者：黄凤军 [导读] 美军试图通过大力发展以自主潜航器为主体的水下战无人装备，加强前沿水下无人系统预置，全力推进水下无人区域监控系统布建，突出攻关水下自主导航、通信组网、自主协同等先进技术海军装备部摘要：美军试图通过大力发展以自主潜航器为主体的水下战无人装备，加强前沿水下无人系统预置，全力推进水下无人区域监控系统布建，突出攻关水下自主导航、通信组网、自主协同等先进技术，打造新型水下作战体系。本文对美军的水下无人系统的发展进行了论述。关键词：水下无人系统；美国海军；无人潜航器；水下战 1 突出水下无人系统对于联合作战的重要性长期以来，美国海军对于水下无人系统的研发和应用更多偏重于执行ISR和反水雷等作战辅助任务。随着海军作战能力需求的变化，水下无人系统能力的提升，美国海军正重新审视水下无人系统在联合作战中的地位与作用。 1.1 积极利用水下无人系统增强水下综合作战能力美国海军认为，美国的潜在对手正在构建能对美军舰艇及水下基础设施形成威胁的能力，美国在水下战领域的优势正不断被削弱。而核潜艇等先进水下平台，由于建造和使用成本高昂，数量上无法完全满足作战需求，迫切需要补充新型作战力量，与潜艇形成优势互补，从而增强综合水下战能力。《下一代水下无人系统》报告指出，水下无人系统能够有效补充并拓展有人水下系统的能力，对当前因缺乏有效作战手段而难以执行的军事任务，可由无人作战系统来完成，即便是核潜艇能够完成的任务，水下无人系统的协同和配合也能大幅提高作战效能。 1.2 积极增强水下无人系统跨域协同作战能力如何充分发挥水下作战优势以弥补其他作战领域面临的严峻挑战，是美国海军重点关注的问题。创造性地使用水下无人系统，能为美国海军提供全新作战能力。美国海军认为，未来水下无人系统的应用模式将主要是联合使用和分布式作战，联合形式包括：多形态无人系统跨域协同或组网、异构无人系统协同或组网、子母式无人系统接力作战、跨介质组合式无人系统等。美国海军于2016年“先进海军技术演习”期间，演示了“潜艇-无人潜航器-无人机”子母式协同作战的能力。上浮式有效载荷和深海预置武器等新概念装备的出现，也可视为该努力的一部分。 1.3 规模化发展水下战无人装备在无人潜航器方面，重点发展巨型、滑翔型、仿生型等自主无人潜航器。据有关资料显示，美无人潜航器2020年可能达到1000套左右，2025年可能达到2000套左右。巨型自主无人潜航器典型代表为“大排水量无人潜航器”，长13.5米，直径1.5米，排水量约10吨，设计续航时间为120天，自主性强，可携带多种载荷，能遂行多种任务，计划2017年服役，2020年前装备一个中队。滑翔型无人潜航器具有低成本、低功耗和长航时等特征，适合担负大范围海洋调查、长时间水下侦察监视等任务，已入役的有“喷射”“斯洛克姆”“海洋滑翔者”“近海战场感知—滑行者”等，美军将加大这些滑翔型自主无人潜航器的采购数量。仿生型无人潜航器如“幽灵泳者”“间谍水母”等。反潜无人水面艇方面，重点发展“反潜持续跟踪无人艇”。“反潜持续跟踪无人艇”满载排水量约157吨，最大速度为27节，作战半径为3000千米，可在不补充燃料的情况下持续执行30天跟踪任务，暴露水面外体积小，且经过隐身设计，噪声小，平台稳性好，机动能力强，具有高可靠性，自主化程度高。潜射无人机方面，目前重点发展“潜射扫描鹰”“黑翼”等型号。潜射无人机可能担负的任务包括ISR、电子战以及对抗反潜机等。美海军在小克里克-斯多利堡联合远征基地（JEBLC-FS）完成了对“幽灵泳者”（GhostSwimmer）无人潜航器的系列试验。 2 探索水下无人系统的创新性作战样式随着先进军事技术的进步和能力的提升，水下无人系统可胜任的任务边界也不断扩展。《2025年自主水下航行器需求》报告在传统的ISR、反水雷等7项使命任务外，又面向未来作战，提出了海床战、反无人潜航器战和非致命海上控制等创新性作战概念。 2.1 海床战海床战指在敌方近海实施的、对敌方海床基础设施和无人预置传感器及武器进行干扰和打击的水下作战。由于潜在对手正积极发展反潜飞机、舰艇、潜艇、海床武器和传感器系统，以探测、定位和攻击其他国家的潜艇。因此，水下兵力在敌方“反介入/区域拒止” (A2/AD)作战区域内执行多样化任务时，面临的风险不断增大。所以，美国海军提出开发相关能力，以致瘫、欺骗和摧毁敌方海床基础设施、无人反潜传感器与系统等要害军事目标。 2.2 反无人潜航器战反无人潜航器战指采用多种手段，使敌方难以运用无人潜航器等水下无人系统进行有效作战，作战环境包括前沿作战和领海防御作战两种。美国无人潜航器能力不断发展，但潜在对手也在发展其自主潜航器能力，并且正迅速接近美国水平。因此，美国海军希望研发相关方法、技术与战术，以应对敌方无人潜航器的探测、侦察以及在必要时对敌方无人潜航器进行攻击。 3 建立面向实用的水下无人系统采办理念美国海军认为，当前的水下无人系统采办理念源于潜艇等有人主战平台的研发和采办，对于系统综合能力要求过高，采办过程繁琐，不适合水下无人系统这种采购量大且作战寿命有限的低成本系统，迫切需要转变装备建设思路。 3.1 有选择地降低战技性能要求美国海军研究发现，当前水下关键技术发展仍面临瓶颈，过高要求隐身、水下通信、自主控制、能量存储、部署和回收等能力，在一定程度上反而制约了水下无人系统的应用。因此应考虑从实用性出发，改变设计思路，有选择地降低战技性能要求，有助于克服某些困扰水下无人系统发展的技术障碍。如放松对隐身的限制，则水下无人系统可定期浮出水面，从而改善水下无人系统的通信能力，也使其可

水下机器人发展趋势

关键词：水下机器人、智能水下机器人、智能体系、运动控制、通讯导航、探测识别、高效能源随着人类海洋开发的步伐不断加快，水下机器人技术作为人类探索海洋最重要的手段得到了空前的重视和发展。作者对水下机器人进行了定义与分类。介绍了近年来国内外水下机器人的发展现状与发展趋势，重点针对智能水下机器人的主要关键技术及未来发展方向进行了分析。地球的表面积为5．1亿km2，而海洋的面积为3．6亿km2。占地球表面积71％的海洋是人类赖以生存和发展的四大战略空间——陆、海、空、天中继陆地之后的第二大空间，是能源、生物资源和金属资源的战略性开发基地，不但是目前最现实的，而且是最具发展潜力的空间。作为蓝色国土的海洋密切关系到人类的生存和发展，进入21世纪后，人类更加强烈的感受到陆地资源日趋紧张的压力，这是人类面临的最现实的问题。海洋即将成为人类可持续发展的重要基地，是人类未来的希望。水下机器人从20世纪后半叶诞生起，就伴随着人类认识海洋、开发海洋和保护海洋的进程不断发展。专为在普通潜水技术较难到达的区域和深度执行各种任务而生的水下机器人，将使海洋开发进人一个全新的时代，在人类争相向海洋进军的21世纪，水下机器人技术作为人类探索海洋最重要的手段必将得到空前的重视和发展[1]。 1海洋对人类的重要性

海洋作为蓝色国土，首先是一个沿海国家的“门户”，是其与远方联系的便捷途径，并且“门户”的安全是国家安全的重要组成部分，早在2 500多年前古希腊海洋学家锹未斯托克就提出过“谁控制了海洋，谁就控制了一切”。很久以来人们就依赖于海洋航道进行大量的物品贸易，现在整个世界大部分的货物运输都依赖于海上运输，海洋运输是整个经济正常运转必要的一环。更重要的是，现在很多国家的石油、矿石等最基本的生产资料大部分都依赖于海洋运输，海洋运输的安全和对海洋的控制力成为一个国家生存的基本保障。近年来再次掀起海洋热的浪潮是因为陆上的资源有限，很多资源已经开发殆尽，而海洋中蕴藏着丰富的能源、矿产资源、生物资源和金属资源等，人们急需开发这些资源以接替所剩不多的陆上资源来维持发展。更为重要的是，地球上半数以上面积的海洋是国际海域，这些区域内全部的资源属于全体人类，不属于任何国家。但目前的现状是只有少数国家有能力对这些资源进行初步开采，这些国家在其已探明的区域拥有优先开采权，相对于那些没有能力开采的国家这几乎就等于独享这部分资源。因此海洋已经成为国际战略竞争的焦点，争夺国际海洋资源是一项造福子孙后代的伟大事业。所以水下技术成为目前重点研究的高新技术之一，智能水下机器人作为高效率的水下工作平台在海洋开发与利用中起到至关重要的作用。 2水下机器人的定义与分类

无人水下航行器控制技术研究

本科毕业设计论文无人水下航行器控制技术研究专业名称学生姓名指导教师毕业时间

毕业一、题目无人水下航行器控制技术研究；二、指导思想和目的要求 1、利用已有的专业知识，培养学生解决实际工程问题的能力； 2、锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力；三、主要技术指标 1. 研究无人水下航行器控制算法； 2. PID控制的仿真；四、进度和要求第01周----第02周：英文翻译；第03周----第04周：学习水下航行器动力学与控制方法；第05周----第10周：研究水下航行器控制算法；第11周----第16周：设计演示程序；第17周----第18周：撰写毕业设计论文，论文答辩；五、主要参考书及参考资料 [1] 《Developments and Challenges for Autonomous Unmanned Vehicles》Anthony Finn, Steve Scheding, Springer; 2010 [2] 《Underwater Robots: Motion and Force Control of Vehicle-Manipulator Systems》Gianluca Antonelli, Springer; 2nd edition 2006 [3] 《Introduction to Autonomous Manipulation: Case Study with an Underwater Robot, SAUVIM 》 Giacomo Marani,Junku Yuh , Springer; 2014 学生指导教师系主任___ _

无人水下航行器的发展与展望

无人水下航行器的发展与展望【摘要】以无人水下航行器的发展趋势与功用为主题，介绍了无人水下航行器的特点和使命，阐述了无人水下航行器的发展历程和研究现状，重点介绍了美国在无人水下航行器方面的发展过程和发展方向。最后展望了其未来发展重点及在军事方面的广泛应用。【关键词】无人水下航行器；发展；功用；展望 1.引言无人水下航行器[1]（UUV，Unmanned Under-water Vehicle）是以潜艇和水面舰艇为载体，具有长时间续航能力，并且可回收的小型智能武器装备，它的主要功能包括水下侦查、遥控猎雷和作战。近几年，UUV技术得到了快速发展，总体可将其概括为应用于无人水下航行器，并保障其能够顺利执行各种任务的技术。到目前为止，基本上包括六项相关技术：长续航力推进、水下通信、相关导航、任务管理与控制、传感器及信号处理和航行器的设计。在现代战争中，信息起着至关重要的作用。在新世纪，信息战是现代战争的主导模式。与此同时，信息战也在向反潜战中延伸，水下信息战必定会出现在未来的反潜战场。在未来的水下信息作战中，UUV的作用将逐渐凸显，对未来战争将起着不可忽视的作用。如今，世界上各国对如何掌控水下信息都十分的关注，美国、俄罗斯、欧洲、日本等海军强国，都在紧锣密鼓的研究UUV技术，并用它们来搜索、控制和组建水下信息网络。 2.UUV的特点、使命和功能 UUV是一种新概念武器，由于它的自主性、灵活性和多用途性，决定了它在水下战场将起到至关重要的作用以及在多领域的广泛应用。 2.1 UUV具有的特点[2] 1）作战用途广。可依据具体作战需要，进行使命重构，搭载相应的任务模块，担负不同性质的任务。 2）智能程度高。可以采用最新人工智能控制技术，可自主进行航路规划、障碍物规避、目标运动要素解算及战术机动等，自主完成各项作战任务。 3）隐身性能好。水下物体本身就不容易被探测到，再加上UUV自身的制作材料采用新的隐身材料，采用隐身技术，降低噪音技术等等，使其很难被敌方探测并捕捉。