關于AUV向998師父取經(jīng),，希望大家踴躍提問

單車居士 · 發(fā)表于 2011-4-18 16:56:39

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拋磚引玉,，抽空寫了下筆記,，深受打擊啊,，知識面太狹隘了

工程用無人水下探測器的設計

自動水下航天器作為實用的工具運用于海洋科學是可行的,。水下航行器作為一個無電纜的獨立的個體,，它將填補載人潛水和移動操作潛水器對海洋開發(fā)的缺陷，水下航天器具有誘惑性,，因為與傳統(tǒng)的技術相比,，它經(jīng)濟又實用，而且將開辟許多新的應用領域,。設計一個水下航天器在嚴酷的深海環(huán)境工作是具有挑戰(zhàn)性的,。這片論文討論了如何用現(xiàn)在的工程技術來滿足水下航天器的設計要求。

近來,，自動水下航天器技術是成熟的,，我們看到它被用于各種領域，從測量海面到海床的距離和描繪海床地圖,。設計水下航天器,，有很嚴格的限制，對它的目標領域非常的敏感,。圍繞這個思路,，論文的目標是理解在設計水下航天器時遇到的主要問題是如何解決的。這篇論文也會涉及到力學和材料問題,，能量系統(tǒng)問題,，電腦技術，航海和通訊系統(tǒng),，傳感器運用和長的外殼壽命將影響它的設計,。

工程學的隨時間的發(fā)展,，為了它最佳的性能水下航行器的設計將會改變。因而,，此論文對基本問題的討論將繼續(xù)協(xié)助用先進技術對水下航行器的有價值設計,。

AUV的發(fā)展歷史及其與到的一些問題。

拖網(wǎng)收集海底樣本,。人類深潛探險,。電子和材料的發(fā)展，載人潛水,，深海電纜的發(fā)展出現(xiàn)遙控AUV,，水中電磁波衰減速度非常快,，聲波有延遲性,，不能實施控制車輛，需要完全自主的AUV,。

AUV的種類及各自特點：淺水層AUV（＜500米）：承受壓力小,，體積小而輕，動力足,，速度快,，分辨率低。中水層AUV（500-2500m）：壓力相對較大,，笨重,，要更大的能量，速度慢,。深水層AUV（＞2500m）：承受高海洋壓力,，軸承座龐大，下潛時間長,，能量儲存要大,，體積又變大，高分辨率調查,�,；铏C：通過浮力和水溫的變化航行，巡航能力強,，巡航半徑大,。

AUV形狀和他們的優(yōu)缺點：魚雷形（需要設計平移的速度來完全控制車輛，6個自由度,，自主控制較難,。但工作范圍廣），非魚雷型（完全獨立控制,，導航精度高,，分辨率高的攝影）,。

材料問題：耐高壓力，耐高腐蝕性,，又要輕,。內部充油，材料有鋼合金,，鋁合金,，鈦合金，復合陶瓷,，其中復合陶瓷又耐壓又耐腐蝕,，鋁合金比較輕，廉價,，便于制作外表鍍鋅來提高耐腐蝕性能,。

浮力主要由復合泡沫塑料提供，即玻璃,，陶瓷,，聚合物或金屬球體懸浮在環(huán)氧樹脂中的復合材料。

傳感器,，電子,，電池各有其自己的外殼，中間的連接電纜符合壓力下的水密性,。

介紹了典型的水下機器人（2000m以下）結構和傳感器，浮子,，電池的放置位置,，軸承座的材料和設計形式。螺旋槳用磁性聯(lián)軸器,，摩擦馬達驅動,。

能源系統(tǒng)：典型的為電池，也有閉式循環(huán)發(fā)動機和燃料電池,。電源存儲系統(tǒng)的重要設計參數(shù)為特定的能源,，能量密度，充放電壓和電流特性,。作者列出了模型,，說明用電池作為動力源更合適。閉式循環(huán)發(fā)動機分為封閉循環(huán)柴油機,，封閉循環(huán)汽輪機,，斯特林循環(huán)發(fā)動機，他們多非常成功,，但是可燃,，不安全,，昂貴，增加設計的復雜性,。

電池最受歡迎,，技術發(fā)展成熟，1.堿性電池,，壽命短,，效率低，不能充電,。2.鉛酸蓄電池,，便宜，方便,，可充電,，汽車上常用，功率低密度大,，小毛病釋放氫,，有爆炸危險。3. 鎳鎘電池,，能量密度好,，但需要一個大氣氣空間，難辨認,，發(fā)熱大,。4.鋰電池，能量密度高,，壽命長,，但壓力不補償，可用高能量密度彌補,，價格貴,，運用廣泛。5.鋰集合物電池,，壓力可補償,，能量密度比鋰電池好，可能是最佳的電池選擇,。

燃料電池,，高功率密度，要有密閉的空間,。

核電,，潛艇上運用成熟，AUV上用比較復雜，將來可能會運用廣泛,。

作者介紹了典型的電力系統(tǒng),，動力源為可充電鋰電池組，海洋充電站,，電力的負載（主處理器,，GPS，馬達,，電機控制,，傳感器，相機,，等等）

單車居士 · 發(fā)表于 2011-4-18 16:57:42

計算機系統(tǒng)：硬件和軟件的設計
水下運行控制的分類：1.分層體系,，控制比較簡單，設計和調試的函數(shù)簡單,，可以方便的進行測試,，但是更改和添加功能時比較復雜，適合預知的環(huán)境,，不適合海洋環(huán)境,。2.分布式體系，具有并行結構,，每個函數(shù)可以無中間級別的與每個其他函數(shù)交換數(shù)據(jù),，系統(tǒng)模塊話和靈活話，但是管理和調試比較困難,，沒有監(jiān)督的通訊,。3.包容體系結構，它是獨立并行結構,，每個行為直接與傳感器通訊,，具有靈活性，可靠性,，計算效率的分布式體系結構的特征。4.混合式體系,，以上3種體系的合成,，是最好的結構。5.pc104基于x86的計算機,，傳感器與計算機的通訊和控制,。6.自主資源管理器，7.海底計算機體系,。8.哨兵等軟件系統(tǒng),。
AUV的導航技術：收集各地傳感器信息，使用原有的地圖信息進行導航，并在導航中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的地圖更新,，類似于是先有雞還是先有蛋的問題,。水下電磁波衰減快，作者詳細介紹了水下導航問題的解決：1.對AUV跟蹤和定位,，各種傳感器的應用,，聲學多普勒系統(tǒng)，慣性導航系統(tǒng),，GPS,，磁輪盤（受AUV磁場干擾，精度差）,，機械羅盤（精度好,，時間久了也要有問題），環(huán)形激光陀螺儀和光釬陀螺儀（最好,，但是貴）,。
長距離的導航：LBL系統(tǒng)，類似路上的GPS系統(tǒng),，1.異頻雷達收發(fā)機部署,，海洋底部部署轉發(fā)器。2.異頻雷達收發(fā)的調查,，轉發(fā)器與AUV進行數(shù)據(jù)交流,，修復誤差 3.AUV的導航，在先前布置的轉發(fā)器之間進行數(shù)據(jù)交換,，來確定自己的位置,。LBL的缺點是產(chǎn)生高頻率噪聲虛假點幾率，航跡推算的問題是錯誤的的頻率漂移,。LBL與多普勒計程儀的結合使用,，具有高精確的導航。AUV使用多普勒導航,，LBL實現(xiàn)修復,。
超短距離的定位：需要矯正，依賴陀螺和深度傳感器來獲得可靠的絕對位置,，可以用于水下航行的基本導航,，但是不復合高精度的水下測量，許多水下測量還是使用船的超短系統(tǒng),。
通訊：水下電磁波衰減嚴重,，很難控制車輛。唯一可靠的是聲波,。聲波調制解調器與LBL異頻雷達收發(fā)機來導航AUV,。Mit使用微調制解調器和GPS感應器來導航,，尤斯蒂斯中南工業(yè)大學用聲調制解調器與高精確時鐘和船上的傳感器精確導航，無任何LBL轉發(fā)器,。
傳感器的水下測量,，例如深度，多普勒計程儀,，等需要導航和控制的傳感器,，他們是如何控制AUV的，1.標量傳感器,，深度傳感器,，鹽度傳感器，深度儀等,。2.矢量傳感器,，多波束聲納，側掃聲納,，磁力儀等,，連續(xù)的方式傳輸數(shù)據(jù)，導航的數(shù)據(jù)來自它們,，所以數(shù)據(jù)質量高,。3.海底成像，用于科學考察和研究,。問題a,，海底沒光源，為節(jié)能,，一般用閃光燈,，降低后向散射，相機與光源高分離,。b,，水不均勻吸收光，用photomosaic軟件來處理,。
自適應采樣：根據(jù)指令,，有目的性的自動采集海底信息。傳感器的舉例,。
船塢的設計：1.能夠與物理存儲,、電力傳輸和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃骆i機械、電動和計算,，2.在碼頭應有足夠電源和數(shù)據(jù)的存儲3.在碼頭必須能夠與遠程的科學家進行通信,。4.系統(tǒng)必須能夠適應近表面或底棲的應用程序 ,； 5.應該能夠與各種不同的水下�,？俊４送猓瑸槊糠N類型的水下航行器在不同尺度上,，更好地執(zhí)行,，或者可能配備多種不同種類的傳感器，塢站應該能夠處理多個水下,。6.另一個基本的要求是海洋的它應該能夠承受的不利條件中的自然生物污垢,，這可能是海洋的長任期部署的最大挑戰(zhàn)之一。7.最后,，對現(xiàn)有的水下AUV碼頭的使用應要求最小的修改,，這樣可以有效地使用甚至更小的水下AUV。
對接問題：1.機械鎖定,。2.酒吧門式的碼頭3.電纜型的碼頭,。
對AUV的充電，非接觸式,，接觸式的,。
與AUV的數(shù)據(jù)傳輸，直接方法,、光學方法,、電磁方法。
船塢對AUV的導航：聲的方法,、光學方法,、電磁方法。
船塢的外形,。
總結：任何設計,，沒有一個正確的設計，只有一個最理想的設計,。最好的一種AUV應用程序可能在另一種完全無用,。隨著技術的進展，AUV的設計將不得不改變以適應它,。隨著我們更好更高分辨率傳感器和照相機的出現(xiàn),，更好的動力源變得可用，材料的發(fā)展又將導致更小,、更輕的車輛,。隨著這些組件的變化，可能會更改水下航行器的優(yōu)化設計,。從而獲得最大的水下機器人技術的前沿,，永遠是一項挑戰(zhàn)，并希望,，在本文中所討論的問題可以幫助應對這一挑戰(zhàn),。

2266998 · 發(fā)表于 2011-4-18 17:15:26

哈哈,，大蝦，內容太多了,，讀書筆記有1500字就足夠了,，簡單敘述一下內容就可以，但要全面,，不必過于詳細,，有問題再看原版，

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