1. 研究目的与意义（文献综述）

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^[1]。目前进行海底探测与考察最常见以及最实用的工具就是水下航行器（underwatervehicles）。水下航行器按照与母船之间有无电缆可分缆控水下航行器（remotely operated vehicles,简称 rov）和自主水下航行器（autonomousunderwater vehicles, 简称 auv），也叫自治水下机器人或自治水下航行器。由于 rov 受电缆的限制，活动范围和灵活性收到很大的限制。auv在水下通过各类传感器测量信号，经过机载 cpu进行处理决策，独立完成各种操作，例如进行水下机动航行，动力定位，信息采集，水下探测等。通常这种机器人依靠水声通讯技术与岸基和船基进行联络，或者浮出水面，撑起无线电天线，与陆基和卫星进行通讯。auv的能源完全依靠自身提供，往往自身携带可充电电池、燃料电池、闭式柴油机等^[2]。由于auv摆脱了系缆的牵绊，在水下作战和作业方面(例如海底搜索、识别、调查和打捞)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^[1,2]。

auv的研究始于 20 世纪 60 年代，sea spook 和华盛顿大学的 spurv(self-propelled underwater researchvehicle)的研制成功，标志着 auv 时代的开始^[3]。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 ^[1,2]。在20世纪90年代，auv技术逐渐成熟，成为能够完成指定任务的可操作系统^[3]。目前在水下自治机器人技术研究方面，美国、英国、德国、法国、日本、意大利、俄罗斯、加拿大等国处于领先地位。著名的研究机构有：美国麻省理工学院mit sea grant’s auv 实验室、美国海军研究生院智能水下运载研究中心、美国佛罗里达大西洋大学高级海洋系统实验室（advanced marinesystems underwater systems institute）、美国夏威夷大学自动化系统实验室（autonomous systems laboratory）、英国海事技术中心（marinetechnology center）、日本东京大学机器人应用实验室（underwater robotics application laboratory（ura））等^[4]。美国在科学考察和海洋研究方面有大量的auv,如abe(whoi)、oceanexplorerii(佛罗里达州大西洋大学)等。日本在auv的研究方面也取得巨大的成绩,用于海洋调查的有r1robot、twinbugrger和urashima等,还有计划建造能到达世界上最深的海沟-马里亚纳海沟的auv，欧洲各国、俄罗斯、加拿大等各国也开展了大量的工作。目前auv已经从研究和开发的阶段,通过操作演示进入到商业开始介入的时期,auv正处于商业可接受曲线的顶点。众多的调查显示auv有着巨大的市场需求,包括近海工程、军方和学术界^[5]。

与其它国家一样，我国的auv 也是立足于军事需求起步的。国内研究 auv 的单 位主要有中科院沈阳自动化研究所、中船重工研究所和哈尔滨工程大学等，其中中科院沈阳自动化研究所的“cr-01”、“cr-02”都具有较高的水平。尤其是“cr-02”，其设计水深达到 6000m,这表明我国 auv 已达到世界较为先进的水平。但是由于工艺水平、探测技术、导航定位技术的限制，致使我国auv 与世界发达国家相比还有很大的差距^[4]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容

本文主要通过详细了解自主水下航行器的发展历程、国内外现状、结构、功能与特性，分析自主水下航行器控制系统功能及组成，熟悉自主水下航行器控制系统，并学习有关建模仿真的软件及编程技术。建立自主水下航行器的空间运动方程组，根据动力学模型，设计运动控制系统的软、硬件系统，并通过数字仿真进行可靠性验证。

2.2研究目标

3. 研究计划与安排

（1）查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需技术方案及措施。确定方案，完成英文翻译、文献阅读报告及开题报告； （第 1 周—第 3 周）

（2）查找并阅读文献，总结归纳国内外自主水下航行器控制系统的发展现状及应用，针对auv控制系统，详细分析其功能及组成； （第 4 周—第 5 周）

（3）学习建模软件，搜集一种自主水下航行器的相关参数，完成实体建模工作； （第 6 周—第 7 周）

4. 参考文献（12篇以上）

[1]国防科技信息网，国外自主式水下航行体(auv)研发现状比较.2009-12-18

[2] 蒋新松，封锡盛，王棣棠.《水下机器人》.沈阳：辽宁科学技术出版社.2000

[3] 封锡盛, 刘永宽.自治水下机器人研究开发的现状和趋势[j].1999.9