關(guān)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(shè)計

自動水下航天器作為實(shí)用的工具運(yùn)用于海洋科學(xué)是可行的。水下航行器作為一個無電纜的獨(dú)立的個體,，它將填補(bǔ)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?yàn)榕c傳統(tǒng)的技術(shù)相比,，它經(jīng)濟(jì)又實(shí)用,，而且將開辟許多新的應(yīng)用領(lǐng)域。設(shè)計一個水下航天器在嚴(yán)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(shù)來滿足水下航天器的設(shè)計要求,。

近來，自動水下航天器技術(shù)是成熟的,，我們看到它被用于各種領(lǐng)域,，從測量海面到海床的距離和描繪海床地圖。設(shè)計水下航天器,，有很嚴(yán)格的限制,，對它的目標(biāo)領(lǐng)域非常的敏感。圍繞這個思路,，論文的目標(biāo)是理解在設(shè)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(xué)和材料問題，能量系統(tǒng)問題,，電腦技術(shù),，航海和通訊系統(tǒng)，傳感器運(yùn)用和長的外殼壽命將影響它的設(shè)計,。

工程學(xué)的隨時間的發(fā)展,，為了它最佳的性能水下航行器的設(shè)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(jìn)技術(shù)對水下航行器的有價值設(shè)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�,？欤暡ㄓ醒舆t性,，不能實(shí)施控制車輛,，需要完全自主的AUV。

AUV的種類及各自特點(diǎn)：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(diào)查�,；铏C(jī)：通過浮力和水溫的變化航行,，巡航能力強(qiáng)，巡航半徑大,。

AUV形狀和他們的優(yōu)缺點(diǎn)：魚雷形（需要設(shè)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(dú)立控制，導(dǎo)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(nèi)部充油,，材料有鋼合金，鋁合金,，鈦合金,，復(fù)合陶瓷,，其中復(fù)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(fù)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(fù)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(jī)器人（2000m以下）結(jié)構(gòu)和傳感器,，浮子，電池的放置位置,，軸承座的材料和設(shè)計形式,。螺旋槳用磁性聯(lián)軸器，摩擦馬達(dá)驅(qū)動,。

能源系統(tǒng)：典型的為電池,，也有閉式循環(huán)發(fā)動機(jī)和燃料電池。電源存儲系統(tǒng)的重要設(shè)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(jī)分為封閉循環(huán)柴油機(jī)，封閉循環(huán)汽輪機(jī),，斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī),，他們多非常成功，但是可燃,，不安全,，昂貴，增加設(shè)計的復(fù)雜性,。

電池最受歡迎,，技術(shù)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(rèn)，發(fā)熱大,。4.鋰電池,，能量密度高，壽命長,，但壓力不補(bǔ)償,，可用高能量密度彌補(bǔ)，價格貴,，運(yùn)用廣泛,。5.鋰集合物電池，壓力可補(bǔ)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(yùn)用成熟,，AUV上用比較復(fù)雜，將來可能會運(yùn)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(fù)載（主處理器,，GPS,，馬達(dá)，電機(jī)控制,，傳感器,，相機(jī)，等等）

單車居士 · 發(fā)表于 2011-4-18 16:57:42

計算機(jī)系統(tǒng)：硬件和軟件的設(shè)計
水下運(yùn)行控制的分類：1.分層體系,，控制比較簡單,，設(shè)計和調(diào)試的函數(shù)簡單，可以方便的進(jìn)行測試,，但是更改和添加功能時比較復(fù)雜,，適合預(yù)知的環(huán)境,，不適合海洋環(huán)境,。2.分布式體系，具有并行結(jié)構(gòu),，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(diào)試比較困難,，沒有監(jiān)督的通訊,。3.包容體系結(jié)構(gòu)，它是獨(dú)立并行結(jié)構(gòu),，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(jié)構(gòu)的特征,。4.混合式體系，以上3種體系的合成,，是最好的結(jié)構(gòu),。5.pc104基于x86的計算機(jī)，傳感器與計算機(jī)的通訊和控制,。6.自主資源管理器,，7.海底計算機(jī)體系。8.哨兵等軟件系統(tǒng),。
AUV的導(dǎo)航技術(shù)：收集各地傳感器信息,，使用原有的地圖信息進(jìn)行導(dǎo)航，并在導(dǎo)航中實(shí)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(xì)介紹了水下導(dǎo)航問題的解決：1.對AUV跟蹤和定位,，各種傳感器的應(yīng)用,，聲學(xué)多普勒系統(tǒng),，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS,，磁輪盤（受AUV磁場干擾,，精度差），機(jī)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(dǎo)航：LBL系統(tǒng),，類似路上的GPS系統(tǒng)，1.異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)部署,，海洋底部部署轉(zhuǎn)發(fā)器,。2.異頻雷達(dá)收發(fā)的調(diào)查，轉(zhuǎn)發(fā)器與AUV進(jìn)行數(shù)據(jù)交流,，修復(fù)誤差 3.AUV的導(dǎo)航,，在先前布置的轉(zhuǎn)發(fā)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，來確定自己的位置,。LBL的缺點(diǎn)是產(chǎn)生高頻率噪聲虛假點(diǎn)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(jié)合使用,，具有高精確的導(dǎo)航,。AUV使用多普勒導(dǎo)航，LBL實(shí)現(xiàn)修復(fù),。
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(dǎo)航,，但是不復(fù)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(yán)重,，很難控制車輛,。唯一可靠的是聲波。聲波調(diào)制解調(diào)器與LBL異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)來導(dǎo)航AUV,。Mit使用微調(diào)制解調(diào)器和GPS感應(yīng)器來導(dǎo)航,，尤斯蒂斯中南工業(yè)大學(xué)用聲調(diào)制解調(diào)器與高精確時鐘和船上的傳感器精確導(dǎo)航，無任何LBL轉(zhuǎn)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(dǎo)航和控制的傳感器,，他們是如何控制AUV的,，1.標(biāo)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(cè)掃聲納，磁力儀等,，連續(xù)的方式傳輸數(shù)據(jù),，導(dǎo)航的數(shù)據(jù)來自它們，所以數(shù)據(jù)質(zhì)量高,。3.海底成像,，用于科學(xué)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(jī)與光源高分離,。b,，水不均勻吸收光，用photomosaic軟件來處理,。
自適應(yīng)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(shè)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(jī)械、電動和計算,，2.在碼頭應(yīng)有足夠電源和數(shù)據(jù)的存儲3.在碼頭必須能夠與遠(yuǎn)程的科學(xué)家進(jìn)行通信,。4.系統(tǒng)必須能夠適應(yīng)近表面或底棲的應(yīng)用程序； 5.應(yīng)該能夠與各種不同的水下�,？�,。此外，為每種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(yīng)該能夠處理多個水下,。6.另一個基本的要求是海洋的它應(yīng)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(yīng)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(jī)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(xué)方法,、電磁方法,。
船塢對AUV的導(dǎo)航：聲的方法、光學(xué)方法,、電磁方法,。
船塢的外形。
總結(jié)：任何設(shè)計,，沒有一個正確的設(shè)計,，只有一個最理想的設(shè)計。最好的一種AUV應(yīng)用程序可能在另一種完全無用,。隨著技術(shù)的進(jìn)展,，AUV的設(shè)計將不得不改變以適應(yīng)它。隨著我們更好更高分辨率傳感器和照相機(jī)的出現(xiàn),，更好的動力源變得可用,，材料的發(fā)展又將導(dǎo)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(shè)計。從而獲得最大的水下機(jī)器人技術(shù)的前沿,，永遠(yuǎn)是一項(xiàng)挑戰(zhàn),，并希望，在本文中所討論的問題可以幫助應(yīng)對這一挑戰(zhàn),。

2266998 · 發(fā)表于 2011-4-18 17:15:26

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

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