無人無纜潛水器技術（簡體書）

“深海蘊藏地球上遠未認知和開發的寶藏，要得到這些寶藏，必須在深海進入、深海探測、深海開發等方面掌握關鍵技術。”作為一種智能化的新型水下作業裝備，無人無纜潛水器與載人潛水器、遙控式潛水器優勢互補，三者可發展為互聯互通，緊急情況下可互援互救，從而共同組成強有力的海洋科學考察和作業裝備系統，為人類深海科學考察提供強有力的支撐。

無人無纜潛水器具有作業範圍廣、機動性強、對母船依賴小等令人矚目的性能優勢，使其在海洋研究、海洋資源勘查和海洋救助等方面獲得了越來越廣泛的應用。近幾年國內外在無人無纜潛水器技術研究方面都取得了顯著的進展。哈爾濱工程大學水下智能機器人技術國防科技重點實驗室，從20世紀90年代就一直致力於無人無纜潛水器技術的研究，完成和正在進行該方面多項國家級重大項目，積累了豐富的研究成果。本書涵蓋了這些成果中的精華部分和同期國內外的一些研究成果，系統地論述了無人無纜潛水器重要組成的功能原理、技術要求、發展趨勢等，比較全面地闡述了當前國內外無人無纜潛水器技術的進展，使讀者能夠全面了解無人無纜潛水器技術領域的相關內容，可為從事潛水器技術領域的研究工作者提供參考和啟發，共同提高我國無人無纜潛水器技術的開發與應用能力。

本書共分15章。第1章介紹了無人無纜潛水器的定義、用途以及分類，嘗試從需求角度出發，概述無人無纜潛水器技術的應用背景。第2章總述了無人無纜潛水器的各組成部分及其特性，為後續無人無纜潛水器各技術的詳細論述做鋪墊。第3章從設計方法、結構與性能計算等方面，詳細講解了如何開展無人無纜潛水器的總體設計工作，並提出了相應的計算方法與估算公式。第4章詳細介紹了無人無纜潛水器的承壓結構和密封技術，並闡述了不同設計規範下的校核方法。第5章集中論述了無人無纜潛水器的推進與操縱技術，介紹了操縱推進的配置形式以及操縱性實驗的開展。第6章從不同的技術途徑出發，針對水下導航系統的特點，系統介紹了無人無纜潛水器的水下導航定位技術。第7章介紹了無人無纜潛水器的水下無線通信相關技術。由於聲波是水下無線通無人無纜潛水器技術信的最佳載體，因此本章在重點講解聲學通信方法基礎上，簡要講解了激光通信以及超長波通信。第8章主要講解了無人無纜潛水器的安全自救技術，介紹了增大潛水器浮力、減少潛水器重量以及釋放指示信標三方面的安全自救手段。第9章系統地論述了各類電池的原理及特性，講解了鋰離子電池的能源管理及水下能源補充方式，展望了未來無人無纜潛水器能源技術的發展趨勢。第10章從浮力調節方式的角度出發，闡述了無人無纜潛水器的浮力調節技術原理，並綜述了其分類形式和相應的關鍵技術。第11章在詳盡介紹無人無纜潛水器的布放回收方法基礎上，重點介紹了滑道式布放與回收技術。第12章系統介紹了無人無纜潛水器系統的自主決策以及控制問題，從而有助於讀者清晰了解和掌握智能決策（規劃）系統的組成與實現。第13章從控制體系結構、任務分配、編隊控制、協同導航等幾方面入手，重點介紹了多無人無纜潛水器協同作業的關鍵技術問題。第14章從聲、光、電等探測手段入手，系統地介紹了無人無纜潛水器的水下探測設備、方法以及具體應用。第15章在綜述水下滑翔機技術現狀的基礎上，分別闡述了浮力驅動型水下滑翔機、混合推進型水下滑翔機和波浪滑翔機的技術特點及應用現狀。

本書第1、3、6、7、8、13章由姜大鵬撰寫，第3、4、5、9、10、11章由張鐵棟撰寫，第12章由姜大鵬與李岳明共同撰寫，第14章由盛明偉撰寫，第15章由王延輝撰寫。本書承龐永杰教授主審，為本書的構思、撰寫以及最終書稿潤色，提供了諸多建設性意見，在此表示衷心的感謝。本書得以出版，要感謝哈爾濱工程大學水下智能機器人技術國防科技重點實驗室的全體同仁。他們近30年來在潛水器領域所積累的工作經驗為本書的撰寫，提供了大量的材料。多年合作的其他院所研究團隊也為本書提供了不少資料，再此一並致謝。最後，特別感謝和懷念徐玉如院士在無人無纜潛水器技術領域的支持與引領。

為與本書各章主題一致，書中未深入闡述流體力學、水聲通信等方面理論，其理論和相應背景材料可在書末參考文獻中找到。由於作者學識水平有限，本書難免有諸多不成熟和欠妥當之處，望各位讀者不吝賜教，多提寶貴意見，使本書得以不斷完善。

1 緒論

　1.1 無人無纜潛水器的概念

　1.2 無人無纜潛水器的任務使命

　1.3 無人無纜潛水器的分類

2 無人無纜潛水器的組成

　2.1 無人無纜潛水器系統組成及概述

　2.2 典型無人無纜潛水器系統組成

3 無人無纜潛水器總體方案設計技術

　3.1 總體方案設計基本方法

　3.2 艇型設計技術

　3.3 艇體結構設計

　3.4 性能計算

4 無人無纜潛水器承壓結構和密封技術

　4.1承壓結構設計技術

　4.2 密封設計技術

5 無人無纜潛水器推進與操縱技術

　5.1 概述

　5.2 無人無纜潛水器操縱性分析

　5.3 無人無纜潛水器操縱推進設計

　5.4 操縱性試驗

6 無人無纜潛水器水下導航定位技術

　6.1 無人無纜潛水器導航定位技術概述

　6.2 慣導或羅經與水聲計程儀組合導航技術

　6.3 水聲信標輔助導航技術

　6.4 海底地形輔助導航技術

　6.5 無人無纜潛水器同時定位與建圖技術

　6.6 無人無纜潛水器導航技術展望

7 無人無纜潛水器水下通信技術

　7.1 無線傳輸技術概述

　7.2 技術國內外研究現狀

　7.3 通信技術介紹

　7.4 在無人無纜潛水器上的應用

　7.5 未來發展方向

8 無纜潛水器安全自救技術

　8.1 潛水器安全自救技術總體概述

　8.2 潛水器安全自救技術原理分析

　8.3 潛水器安全自救技術模式分類

　8.4 潛水器安全自救技術可靠性分析

9 無纜潛水器能源技術

　9.1 前言

　9.2 無人無纜潛水器能源的分類及特性

　9.3 鋰離子電池管理系統

9.4 二次鋰離子電池水下能源補充

　9.5無人無纜潛水器能源技術發展趨勢

10 無人無纜潛水器浮力調節技術

　10.1 概述

　10.2 無人無纜潛水器浮力調節技術原理分析

　10.3 無人無纜潛水器浮力調節技術分類

　10.4 無人無纜潛水器浮力調節驅動與控制技術

　10.5 無人無纜潛水器浮力調節關鍵技術

11 無人無纜潛水器布放與回收技術

　11.1 潛水器布放與回收技術的重要性

　11.2 常見潛水器布放與回收方法綜述

　11.3 滑道式布放與回收技術

　11.4 潛水器布放與回收技術的發展趨勢

12 無人無纜潛水器智能規劃與控制技術

　12.1 引言

　12.2 智能規劃體系結構

　12.3 任務規劃

　12.4 路徑規劃

　12.5 局部路徑規劃

　12.6 運動控制系統結構

　12.7 運動控制方法

　12.8 跟蹤控制方法

13 多無人無纜潛水器系統控制技術

　13.1 多無人無纜潛水器協同作業概述

　13.2 多無人無纜潛水器協同控制的特點

13.3 多無人無纜潛水器協調控制體系結構設計

　13.4 多無人無纜潛水器任務分配方法

　13.5 多無人無纜潛水器協調編隊控制方法

　13.6 多無人無纜潛水器協同導航技術

　13.7 多無人無纜潛水器協同作業仿真系統開發

14 無人無纜潛水器水下探測作業技術

　14.1 無人無纜潛水器探測作業技術研究現狀

　14.2 水下探測作業技術

　14.3 水下探測作業設備

　14.4 水下目標探測與識別技術應用

15 水下滑翔機

　15.1 概述

　15.2 當前技術現狀

　15.3 浮力驅動型水下滑翔機

　15.4 混合推進型水下滑翔機

　15.5 波浪滑翔機

　15.6 未來發展趨勢

參考文獻

索引