自主式水下航行器的概念及技术发展

摘 要：“蓝鳍金枪鱼21”自主式水下航行器在对马航客机MH370的搜寻工作中承担水下搜索任务，进入大众视野，引起了人们对自主式水下航行器的关注。文章重点介绍了“蓝鳍金枪鱼21”以及当前自主式水下航行器技术的应用领域及发展方向。

关键词：蓝鳍金枪鱼21，自主式水下航行器，声呐

中图分类号：N04；U66 文献标识码：A 文章编号：1673-8578（2014）S1-0131-03

The Concept and Technology Development of Autonomous Underwater Vehicle Technology

—Taking“Bluefin21” as an Example

ZHANG Yanyan

Abstract：“Bluefin21” played an important role in searching for MH370， arousing peoples great interest in AUV. “Bluefin21”， the applications and development of Autonomous Underwater Vehicle Technology will be introduced in this paper.

Keywords： bluefin21，AUV，sonar

收稿日期：2014-06-03

作者简介：张艳艳（1986—），女，国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心光电部审查员，主要审查领域为测量控制领域。通信方式：dongyan_1@sipo.gov.cn。

引 言

“蓝鳍金枪鱼21”是美国蓝鳍机器人公司生产的一款自主式水下航行器，其在对马航客机MH370的搜寻工作中承担水下搜索任务，进入大众视野，引起了人们对自主式水下航行器的关注。笔者重点介绍了“蓝鳍金枪鱼21”以及当前自主式水下航行器技术的应用领域及发展方向。

一 “蓝鳍金枪鱼21”自主式水下航行器

“蓝鳍金枪鱼21”是一种自主式水下航行器（autonomous underwater vehicle，简称AUV），属于无人水下航行器（unmanned underwater vehicle，简称UUV）的一种，与拖曳声波定位仪不同，其自带动力装置，在执行任务时，不需要母舰的线缆拖曳，可以自主在水下航行，通过无线电信号与母舰的控制台通信。

“蓝鳍金枪鱼21”外形与潜艇类似，长4.93m，重750kg，主要包括用于海底扫描的主动声呐、可以定位的天线系统、导航系统、存储系统以及安装在尾部的推进器等，根据需要还可以装载多种探测设备，最大下潜深度可以达到4500m，能够在海床之上35m作业，辨识距离可达150m，最高分辨率可以达到7.5cm，擅长短距离定点查找；其最大航速可达4节（7.408km/h），续航能力为25小时。

“蓝鳍金枪鱼21”执行一次任务需要时长约24小时，其中，2小时下潜，16小时水下侦测，2小时上浮，4小时用于下载数据。其通过母舰被投放至海中，由母舰上的工作人员使用程序任务的工具，将工作指令通过无线电发送到水下航行器，水下航行器接收到该工作指令后潜入水中，由工作人员在程序任务工具的界面上选择侦测区域，并在该侦测区域内设置搜寻轨道。航行器会沿着这些轨道自动航行，发射声呐脉冲扫描海底，脉冲向两个方向以弧形散开，航行器会接收在脉冲范围内物体的反射声波，利用“声波阴影”原理形成航行器下方的海床三维高清地图，并根据收集的数据发现特定目标物体，待发现特定目标物体后上浮至水面，安装摄像机后再次下潜，为母舰上的工作人员提供水下图像[1]。

二 自主式水下航行器的应用领域

自主式水下航行器由于摆脱了线缆拖曳的限制，在水下作业更为灵活，应用领域更为广阔，主要分为民用和军用两方面[2-4]：

（1）民用方面。自主式水下航行器可以用于海底搜寻，如“蓝鳍金枪鱼21”在搜寻马航客机MH370中承担的任务，由于其可以精确描绘海底地貌以及能够安装合适的传感器对海底的一些参量如深度、风向、洋流、温度等进行测定，其可以用于海洋环境监测，对石油等海洋资源的勘探，以及对海底设施如海底隧道、海底电缆、输油管路等的状况进行监测等。

（2）军事方面。自主式水下航行器主要可用于水雷对抗，其不仅可以侦测水雷的位置、类型、数量，为潜艇通过水雷区域提供一条安全通道，还可以在侦测到水雷后，通过机器人对水雷装药，待航行器返回后，通过遥控装置引爆，实现自主摧毁水雷的目标；还可以采用自主式水下航行器作为通信接口，完成海面上舰船与潜艇以及指挥中心等其他海上设置之间的通信；还可以用于探测潜艇的存在以及对海域上各种情报的收集。

三 自主式水下航行器技术的发展方向

根据当前制约自主式水下航行器的几个因素确定其发展方向主要在以下几个方面：

（1）续航能力是制约“蓝鳍金枪鱼21”及其他自主式水下航行器水下探测的重要因素之一，以“蓝鳍金枪鱼21”为例，其续航能力最大为25小时，那么在将其投放海中时就需要开始倒计时，以保证在25小时之内将其回收，而其在海底航行的速度最高只有4节，并且受海底复杂地貌以及洋流的影响，其航行速度往往会比较小，导致其一次下潜的搜寻范围有限，搜寻效率较低，那么解决这一问题的根本措施就是改善其供电源。蓝鳍机器人公司已经在开发海下充电站，期望能够实现航行器在海下进行充电，在充电的同时下载相关收集数据直接将数据传回母舰。研制新的电池材料如采用纳米电池存储和转换电化学能、开发高性能的电池以保证航行器长时间在海底自主航行是自主式水下航行器的一个重要发展方向。

（2）精密准确的导航是保证自主式水下航行器完成预定航行任务的保证，水下导航技术是影响自主式水下航行器发展的另一个重要因素。当前的水下导航技术主要有航位推算和惯性导航系统、声学导航、基于地磁导航、基于重力场导航等，但由于水下导航的环境更为复杂、信息源少、作业时间长等特点，单一的导航方式在精度上以及可靠性上往往无法满足航行器水下航行的需求，将多种导航技术组合起来，实现优势互补，以提高导航的精度和可靠性，是自主式水下航行器水下导航的重要发展方向[5]。

（3）自主式水下航行器与母舰之间的通信方式也是影响自主式水下航行器发展的一个重要因素，当前的通信方式主要有光纤通信、无线电通信等。为了增强自主式水下航行器在复杂海底环境中作业的能力，研制高品质、大容量的通信技术势在必行。

（4）为了增强自主式水下航行器的探测能力，研制大容量的新型存储设备、高性能的控制以及数据处理系统对增强自主式水下航行器的智能化程度、提高其执行复杂任务的能力也是很有必要的。

四 结 论

自主式水下航行器具有广泛的应用领域，已经成为世界各国的研发热点，随着科技的进步，将会有性能更为优良的自主式水下航行器出现，其将在民用及军用方面发挥更大的作用。

参考文献

[1] 蓝鳍金枪鱼21型自主式水下航行器[EB/OL].（2014-07-04）[2014-06-03]，http：//baike.sogou.com/v67745457.htm？cid=xw4.bk.sy.

[2] 胡玉梅. 无人水下航行器的发展与展望[J]. 电子世界，2013：71-72.

[3] 刘淮. 应用前景广阔的无人水下航行器[J]. 船舶工业技术经济信息，2004（12）：23-27.

[4] 臧晓京. 自主水下航行器[J]. 飞航导弹，2001：21-23.

[5] 严卫生，徐德民，李俊，等. 自主水下航行器导航技术[J]. 火力与指挥控制，2004（29）：12-15，19.