水下无人航行器
基于btt控制的无人水下航行器动力学模型
基于btt控制的无人水下航行器动力学模型1. 简介无人水下航行器是一种可以在水下环境中自主航行的机器人。
为了实现精确的控制和导航，需要建立准确的动力学模型。
本文将介绍基于btt（背推头）控制的无人水下航行器动力学模型。
2. 动力学模型2.1 水下航行器结构水下航行器通常由机体、推进装置和控制系统组成。
机体是整个水下航行器的主体，包括浮力装置、外壳和传感器等。
推进装置用于提供推进力，常见的有螺旋桨和喷射式推进器。
控制系统负责接收指令并控制航行器进行相应动作。
2.2 btt控制原理btt（背推头）控制是一种常用的姿态控制方法，在水下航行中具有广泛应用。
其原理是通过调整推进装置产生的推进力矩来实现姿态调整。
在btt控制中，通过改变螺旋桨或喷射式推进器的转速来改变推进力的方向和大小。
当推进力矩与航行器的姿态矩平衡时，航行器可以保持稳定的姿态。
2.3 动力学方程为了建立水下航行器的动力学模型，需要考虑以下因素：质量、浮力、推进力和阻力。
2.3.1 质量水下航行器的质量可以表示为：m=m机体+m推进装置+m控制系统2.3.2 浮力水下航行器在水中受到浮力的作用，浮力可以表示为：F b=ρ⋅g⋅V其中，ρ是水的密度，g是重力加速度，V是水下航行器的体积。
2.3.3 推进力推进装置产生的推进力可以表示为：F p=k p⋅n2其中，k p是推进装置的系数，n是转速。
2.3.4 阻力水下航行器在水中受到阻力的作用，阻力可以表示为：F r=k r⋅n2其中，k r是阻力系数。
根据牛顿第二定律，可以得到水下航行器的动力学方程：m⋅a=F p−F r−F b2.4 控制系统设计为了实现btt控制，需要设计合适的控制系统。
控制系统主要包括姿态传感器、控制器和执行器。
姿态传感器用于测量水下航行器的姿态，常见的有陀螺仪和加速度计。
控制器根据姿态传感器的数据计算出相应的控制指令。
执行器根据控制指令调整推进装置产生的推进力矩。
3. 实验与仿真为了验证动力学模型和btt控制方法的有效性，可以进行实验和仿真。
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。
智能水下滑翔机：海洋探索的新工具
智能水下滑翔机：海洋探索的新工具在深邃蔚蓝的海洋世界中，智能水下滑翔机如一位勇敢的探险家，不断挑战着人类对海洋的认知边界。
这种新型工具的出现，为海洋科学的研究带来了前所未有的机遇和挑战。
首先，让我们来认识一下这位“深海勇士”。
智能水下滑翔机是一种无人水下航行器，它能够在海洋中自主航行、采集数据并返回地面站。
它的设计灵感来源于自然界中的鱼类和鸟类，通过模仿这些生物的运动方式，实现了高效、灵活的水下运动能力。
在海洋探索领域，智能水下滑翔机的作用不可小觑。
它能够深入到人类难以到达的深海区域，进行长期的观测和数据采集。
例如，它可以监测海底地震活动、探测海底矿产资源、研究海洋生态系统等。
这些数据的获取对于科学家来说具有极高的价值，有助于我们更深入地了解海洋的奥秘。
然而，智能水下滑翔机并非万能的。
在实际应用中，它还面临着许多挑战。
首先，深海环境的复杂多变给智能水下滑翔机的运行带来了极大的困难。
高压、低温、腐蚀性海水等因素都可能对其造成损害。
其次，智能水下滑翔机的能源供应也是一个难题。
由于其需要在水下长时间工作，因此必须采用高效的能源系统来保证其正常运行。
此外，如何将采集到的数据准确无误地传输回地面站也是一个需要解决的问题。
尽管如此，我们不能否认智能水下滑翔机在海洋探索中的重要作用。
它为我们打开了一扇通往深海世界的大门，让我们有机会窥探那些曾经被认为无法触及的领域。
随着科技的进步，相信未来智能水下滑翔机将会变得更加完善和强大，为人类的海洋探索事业做出更大的贡献。
总之，智能水下滑翔机是海洋探索领域的一颗璀璨明珠。
虽然它还面临着诸多挑战，但我们有理由相信，在科学家和工程师们的共同努力下，它一定能够克服困难，继续为人类的海洋探索事业贡献力量。
让我们一起期待这位“深海勇士”在未来的精彩表现吧！。
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。
无人水下航行器与潜艇协同技术
◼1 引言潜艇在水下战场一直凭借其隐蔽特性占据着战场的主导地位，各大军事强国也不断发展着各自的水下作战技术，现代潜艇的隐蔽性和作战能力都得到了不断发展。
随着潜艇技术与战术运用的发展趋于饱和，而反潜技术与战术不断进步，传统的潜艇应用面临着前所未有的重大挑战。
因此，如何有效解决这些问题就成了潜艇战斗力发挥的关键。
目前，无人水下航行器（以下简称为UUV）不断发展应用，其无人化、智能化、自主化等特点能够有效地解决了潜艇所面临的水下隐蔽通信及战场态势感知等问题。
因此，本文研究了UUV在与潜艇水下行动的协同作战中的任务，分析其在协同作战过程中的地位与角色，以有效解决潜艇水下所面临的常规问题，为UUV与潜艇协同作战方法研究提供参考。
◼2 潜艇作战使用面临的主要问题潜艇在水下战场往往是单艇作战，在这种情况下，如何有效地获取指令信息、感知战场态势，就成了潜艇发挥水下作战能力的首要问题。
基于潜艇常规装备技术和作战需求，目前主要面临以下问题[1]。
2.1 水下航行危险重重潜艇执行任务时往往需要在复杂的陌生水域进行长时间的水下航行，这提升了潜艇的暴露风险，但是水下环境的复杂多变也不可避免地导致潜艇水下定位产生了误差；同时水下建筑及设备和水下生物和海底垃圾也对潜艇水下航行构成严重威胁。
2.2 近程警戒侦察手段匮乏为规避敌方光学侦查手段，潜艇水下行动时往往只使用被动声纳和潜望镜进行侦察。
然而被动声纳其固有无人水下航行器与潜艇协同技术"周俊吉 龚国林 王玉（海军大连舰艇学院 水武与防化系，辽宁 大连 116018）摘要：潜艇是现代海军水下作战的关键力量，而水下环境复杂，长时间的水下航行安全难以得到保证，且缺乏有效的近程立体警戒、识别定位以及通信手段，这使得传统潜艇的作战运用受到极大限制。
针对传统潜艇所面临的常见问题，结合无人水下航行器的无人化、智能化、自主化等特点，通过把无人水下航行器用作外部侦察系统、信息交互中转站等手段，克服潜艇自身短板，有效提高潜艇水下隐蔽战斗力。
auv水下自由航行器标准
auv水下自由航行器标准
AUV，全称为自主式水下航行器，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。
AUV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。
AUV是水下无人航行器（UUV）的一种，属于新型水下无人平台，可携带多种传感器和任务模块，具有自主性、隐蔽性、环境适应性、可部署性和高效费比等优点。
在人工智能（AI）、探测识别、智能控制、系统集成等技术的驱动下，智能无人潜水器（AUV，也称水下自治潜水器）具有自主决策和控制能力，可高效执行各类水下任务，成为世界海洋强国竞相发展的重要装备。
对于AUV的设计与开发，需要关注总体多学科优化设计、结构与材料设计、动力与推进、导航与控制、探测与通信等关键技术。
同时，为了实现“进入海洋、探测海洋、利用海洋”的战略目标，也需要对AUV进行系列化、集群化、体系化、大型化的发展趋势进行研究和引导。
无人潜航器简介lizhenPPT课件
装备有高精度的传感器和通信设备，能够实现远距离的探测和数据传输。
02
攻击型
主要用于水下攻击和反潜作战等任务。这类无人潜航器通常装备有武器
系统，如鱼雷或导弹，能够实现高度的自主攻击能力。
03
科学探测型
主要用于海洋科学研究，如海洋地质调查、海洋生物调查和海洋环境监
测等任务。这类无人潜航器通常装备有多种科学探测仪器，能够实现高
按使用环境分类
淡水型无人潜航器
适用于淡水环境，如湖泊、河流等水域。这类无人潜航器通 常设计简单、成本较低，适合用于小型规模的探测和侦察任 务。
海水型无人潜航器
适用于海水环境，如海洋、海湾等水域。这类无人潜航器通 常需要具备较高的耐压性和防腐性能，同时需要配备适合海 水的推进系统，适合用于大规模的探测和侦察任务。
随着科技的发展，无人潜 航器在材料、能源、控制 等方面的技术不断突破， 性能得到大幅提升。
应用领域拓宽
除了军事领域，无人潜航 器在海洋科学研究、资源 勘探、海洋救援等领域的 应用逐渐增多。
国际合作
各国纷纷加大投入Βιβλιοθήκη 开展 无人潜航器的研发和应用， 国际合作日益加强。
未来展望
技术创新
未来无人潜航器将进一步融合人 工智能、物联网等先进技术，实
02
无人潜航器的发展历程
早期发展
01
02
03
无人潜航器的起源
20世纪50年代，美国海军 开始研发无人潜航器，主 要用于情报收集和反潜作 战。
技术限制
早期无人潜航器技术尚不 成熟，存在续航力低、控 制精度差等问题。
应用领域有限
早期无人潜航器主要用于 军事领域，民用领域应用 较少。
现代应用
技术进步
uuv的工作原理
uuv的工作原理UUV的工作原理一、引言无人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle，简称UUV）是一种能够在水下进行任务的自主移动机器人。
它具有多种用途，如海洋探测、水下勘测、海洋科学研究、海底资源开发等。
本文将从UUV的工作原理角度介绍其基本构成和工作过程。
二、UUV的基本构成UUV主要由以下几个部分组成：1.机体结构：UUV的机体结构通常采用轻质材料制作，以提高机器人的机动性和耐用性。
机体上设有各种传感器和执行器，用于感知和执行任务。
2.动力系统：UUV的动力主要来自于电池或燃料电池。
电池提供能量给电机驱动推进器，使UUV在水下前进。
燃料电池则以氢气和氧气为燃料，通过化学反应产生电能。
3.导航系统：UUV的导航系统包括惯性导航系统（Inertial Navigation System，简称INS）、全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）以及水声导航系统。
INS通过测量加速度和角速度来估计UUV的位置和姿态；GPS用于在水面上获取全球定位信息，进而提供精确的位置和导航数据；水声导航系统则利用水声信号进行通信和导航。
4.感知系统：UUV的感知系统包括声纳、摄像头、激光雷达等传感器。
声纳用于探测水下的障碍物和地形；摄像头用于拍摄水下景物和监测周围环境；激光雷达则可以进行三维感知和距离测量。
5.控制系统：UUV的控制系统负责协调各个部件的工作，实现对UUV的精确控制。
控制系统接收来自感知系统和导航系统的数据，并根据事先设定的任务要求，通过控制执行器来调整UUV的运动和姿态。
6.通信系统：UUV的通信系统用于与地面或其他水下设备进行数据交换和远程控制。
通信方式包括无线电通信、水声通信和光纤通信等。
三、UUV的工作过程UUV的工作过程可以分为四个阶段：任务规划、航行、探测和数据传输。
1.任务规划：在任务规划阶段，操作员通过地面控制站与UUV进行通信，设定任务目标和路径。
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2 特点和参数
主要特点：
主要参数：
规格
Ø 八维度运动姿态（前进、后退、上浮、下
潜、左自旋、右自旋、左平移、右平移）
Ø 模块化设计，扩展性高，载荷能力强，导 航精度高。配置前视声呐、LED辅助照明、
传感器
高清水下摄像机，适应多种水域作业任务。 Ø 搭载3自由度机械臂，作业灵活度高。
Ø 具备泄露保护、具有卫星定位指示功能，
蓝海1号MUV是一款针对海洋环 境测量和水下探测需求而开发的兼顾 AUV和ROV特点的便携式水下航行器 UUV。
1 特点和参数
主要特点：
Ø 续航能力强：双供电模式，可超长时执行复杂
水下探察任务。 Ø 操作简单，学习周期短。通过上位机图形界面，
可方便地执行各种参数设置、自检和水下任务。 Ø 模块化设计，扩展性高，载荷能力强，导航精
蓝海Ⅰ号
1 蓝海Ⅰ号
蓝海1号MUV采用母体平台外供 电源和内置锂电池双供电模式，连续航 行工作时间不限。
其导航系统为遥控、多普勒航位 推算和GPS系统，搭载了惯性测量单元、 多普勒速度仪、电子罗盘和GPS、配备 侧扫声呐和LED可见光照明水下摄像系 统。具有精确导航、快速任务周转和使 用简便的优点。
蓝海Ⅱ号
2 蓝海Ⅱ号
前视声呐
机械臂
水下LED灯
高清摄像机
蓝海Ⅱ号为一款中型ROV，采用八推进器 矢量推进方式和多传感器融合智能算法，具有 定深定向控制功能，遥控方式采用地面站控制 系统进行遥控，全自由度灵活运动，实时显示 水下检测画面以及水下机器人的运行姿态与航 向状态。
主要用于：海上救援打捞，近海搜索；水 下考古、沉船观察；钻井平台水下检修，海洋 石油工程；海水养殖观察；水工建筑物水下电 视摄像检查；水下输油管线的泄露和破损点查 找
度高。配置侧扫声呐、LED照明水下摄像机，适 应多种水域探测任务。
Ø 安全性高：具备超深超时停车、超出范围 报警、紧急情况抛载等安全功能；具有卫 星定位指示功能，确保安全回收。
主要参数：
航速 浮潜速度
自重 长度 适应水深 航程半径 导航精度 功耗 尺寸
3～5kn 0.5m/s 55kg 1.6m 100m～300m 500m 5%-10%（CEP） < 2500W D<200mm, L>1600mm
探测性能
3 探测性能
侧扫声纳+水下摄像机
双线性体调频侧扫声纳 频率
探测范围 范围分辨率 最大操作深度
双340/680 kHz（范围/分辨率优化） 25至200米/ 10至100米 1.5/10厘米 100米
双摄像机配置 分辨率 焦距 压缩标准 支持协议 照明功率
1920×1080（200万像素） 焦距可变4.7～94mm H.265/H.264 TCP/IP、HTTP等 ≤20W
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数据分析①ຫໍສະໝຸດ 探测器确保安全回收。
尺寸：900mm*700mm*600mm
重量：80kg 潜深：300m 航速：3kn 工作时长：3小时 深度传感器：0.2mbar(精确度） 电子罗盘：航向精度1°，分辨率0.1° GPS：定位精度0.5m-1m 摄像机：2560 × 1440@25fps 水下LED灯：2200lumens 前视声呐： 双频750kHz / 1.2MHz 机械手：最大抓取重量10kg
3 探测性能
前视声纳+水下摄像机
前视声纳 工作频率
探测范围（最大） 距离分辨率 水平波束开角 最大操作深度
单摄像机配置 分辨率 焦距 压缩标准 支持协议 照明功率
750kHz /1.2MHz 120米/ 40米 4mm/2.5mm 130oC/80oC 300米
1920×1080（200万像素） 固定焦距4mm H.265/H.264 TCP/IP、HTTP等 ≤20W