海洋智能无人系统技术的发展历史

AUV的研制最早始于20世纪50年代末，主要用于海洋科学研究。早在1957年，华盛顿大学应用物理实验室的Stan Murphy，Bob Francois和后来的Terry Ewart开发了第一台AUV——“特殊水下研究目的飞行器（SPURV）”——用于研究扩散，声波传播和潜艇尾流。20世纪70年代，AUV研究得到进一步发展，可通过遥控方式用来执行搜探失事潜艇、反水雷等军事任务。Robert Whitehead在1866年设计、建造和展示了奥地利的第一枚鱼雷。该鱼雷前进速度超过3.0 m／s，运行距离可达700 m，由压缩空气驱动并带有炸药。如果忽略它携带炸药的事实，可以将它认为是第一台AUV，如图9.1所示。1871年，第一次鱼雷试验任务实施，尽管该设备并没有实现预期的效果。

到了20世纪80—90年代，随着小型化组合导航、远程水下通信、小型低能耗计算机等技术的突破，AUV开始具备半自主控制能力，但由于成本高，未正式列装。20世纪90年代末，随着技术的进一步成熟，AUV在民用领域得到了广泛应用，并借助成熟商用技术使其成本明显降低，逐步出现具备反水雷等功能的AUV，并装备部队使用。

图9.1　Newport的Auto-Mobile-Fish鱼雷

21世纪以来，AUV的自主控制水平和推进动力得到了进一步提高，其任务开始向反潜、水下侦察等领域扩展。其间，美国先后2次修改了AUV的发展主体规划，在2007年前后，将空中、水下和地面多维空间的无人系统进行整合，并每隔2年发布一次《无人系统发展路线图》并滚动修订，截至2013年，发布规划任务为《无人系统综合路线图（2013—2038）》。对军用AUV发展影响较大的是2011年美海军发布的《水下战纲要》，其中提出要加强对大型AUV、特种作战航行器、水下分布式网络、全球快速打击系统等有效负载的利用。针对所开发的有实用价值的研制样机（如大排量AUV），为能尽快列入部队服役，2016年美国防部变革了AUV采购办法，采用边研制边采购入役的办法，以期缩短获得新研制的AUV的采购时间。

欧洲针对AUV的研究一直在展开，一些关键技术的研究甚至更优先于美国。2010年，欧洲防务局（European Defense Agency，EDA）发布了《海上无人系统方法与协调路线图》，提出协调欧洲各国力量，共同促进AUV等系统的发展。

据不完全统计，目前国外主要有10多个国家20多家科研机构在从事AUV的研究开发，来源主要有以下几方面。公司类机构：美国的蓝鳍金枪鱼机器人公司、波音公司、洛·马公司、哥伦比亚公司、通用动力公司、水螅公司、伍德·霍伊公司、诺斯罗普·格鲁曼公司等。德国的ATLAS电子公司、法国的DCNS、意大利的Gaymarine、瑞典SAAB水下系统、英国的BAE水下系统、挪威的Kongsberg Maritime公司、澳大利亚国防科学技术研究院等；军方类研究机构：主要为美国的海上系统司令部、海军水下战中心、海军研究局、国防高级研究计划局、海军海洋局、海军研究实验室等；大学类研究机构：主要有美国的华盛顿大学、宾夕法尼亚州立大学应用物理研究所、加州大学、麻省理工学院、威斯康星大学及挪威海洋大学等。

（1）美国海军水下作战中心（Naval Undersea Warfare Center，NUWC）：研制有大直径UUV和直径21英尺的UUV。

（2）美国海军研究局（Office Ofnaval Research，ONR）：ONR的工程部、材料部、物理科学和技术部都在从事UUV的研究工作，主要涉及UUV的能源与推进、续航力、传感器信号处理、通信、使命管理控制、导航和运载器设计等。(www.xing528.com)

（3）美国海军空间和海战系统（Space and Naval War-fare Systems Command，SPAWAR）中心：主要从事AUV的指挥和控制系统、光纤和水声通信系统、非金属材料和运载器总体的研制。

（4）美国国防高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）和查尔斯·斯塔克·德雷珀实验室（Charles Stark Draper Labatory，CSDL）：已建成2个可用作试验平台的AUV，其长10.97 m，直径1.112 m，重6 804 kg，最大工作深度分别为304.48 m和457.2 m。该航行器采用8.82 kW的无刷电机，最大航速10 kn，续航力为24 h，均已完成海试。

（5）美国海军研究生院（Naval Postgraduate School，NPS）智能水下运载器研究中心：主要从事用于AUV智能控制、规划与导航、目标探测与识别等技术的研究，产品有NPSAUVI、NPSAUVII、ARIES、Pheonix。

（6）美国伍兹霍尔海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution，WHOI）：研制有远距离环境监测装置（remote environmental monitoring units，REMUS）及深海探测器（autonomous benthic explorer，ABE）AUV等产品。其中ABEAUV用于深海海底观察，机动性好，能完全在水中悬停，或以极低的速度进行定位、地形勘测和自动回坞。该AUV长2 200 mm，速度2 kn，根据电池类型，续航力为12.87～193.08 km，动力采用铅酸电池、碱性电池或锂电池。

（7）通用动力公司和雷声公司：主要产品XP-21是一型直径533 mm的AUV，采用模块化设计，长度可在2.44～7.32 m任意选择，其标准型的质量为635 kg，航速0～5 kn，工作深度为9.14～3 653.63 m，主要用于水雷战。该AUV侧视声呐为双频、单波束、数字式声呐，频率范围100～500 kHz；高频用于探测大型水雷，低频用于探测沉底雷并对其进行分类。前视声呐为多波束数字式声呐，可填补侧视声呐的探测盲区，以探测和分类沉底雷和锚雷，同时也可用于避障。

（8）佩里技术公司：该公司研制的机动系统试验（MUST）AUV长为9.144 m，重8 834.8 kg，工作深度为60.96 m，主要供试验和演示用。该AUV采用7.35 kW主推进电机，电源为铅酸悬挂式电解电池组，航速为0～8 kn。推进系统采用6个推进器，使航行器可作悬停、垂直或横向运动。

（9）麻省理工学院的Sea Grants AUV实验室：是一家主导海上水下机器人的高级研发者，主要从事各种梯度海洋、环境、温度及水下能源的研究，培养了许多从事海洋高技术探索的研究生和科学家。