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(shí)面太狹隘了

工程用無人水下探測(cè)器的設(shè)計(jì)

自動(dòng)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(gè)無電纜的獨(dú)立的個(gè)體，它將填補(bǔ)載人潛水和移動(dòng)操作潛水器對(duì)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(jì)一個(gè)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(jì)要求。

近來，自動(dòng)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(cè)量海面到海床的距離和描繪海床地圖。設(shè)計(jì)水下航天器，有很嚴(yán)格的限制，對(duì)它的目標(biāo)領(lǐng)域非常的敏感。圍繞這個(gè)思路，論文的目標(biāo)是理解在設(shè)計(jì)水下航天器時(shí)遇到的主要問題是如何解決的。這篇論文也會(huì)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(jì)。

工程學(xué)的隨時(shí)間的發(fā)展，為了它最佳的性能水下航行器的設(shè)計(jì)將會(huì)改變。因而，此論文對(duì)基本問題的討論將繼續(xù)協(xié)助用先進(jìn)技術(shù)對(duì)水下航行器的有價(jià)值設(shè)計(jì)。

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(xiǎn)。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(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(dòng)力足，速度快，分辨率低。中水層AUV（500-2500m）：壓力相對(duì)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(shí)間長，能量儲(chǔ)存要大，體積又變大，高分辨率調(diào)查。滑翔機(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(jì)平移的速度來完全控制車輛，6個(gè)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(jià)，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(jì)形式。螺旋槳用磁性聯(lián)軸器，摩擦馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。

能源系統(tǒng)：典型的為電池，也有閉式循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料電池。電源存儲(chǔ)系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)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(dòng)力源更合適。閉式循環(huán)發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)，他們多非常成功，但是可燃，不安全，昂貴，增加設(shè)計(jì)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(xiǎn)。3. 鎳鎘電池，能量密度好，但需要一個(gè)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(jià)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(huì)運(yùn)用廣泛。

作者介紹了典型的電力系統(tǒng)，動(dòng)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)：硬件和軟件的設(shè)計(jì)
水下運(yùn)行控制的分類：1.分層體系，控制比較簡單，設(shè)計(jì)和調(diào)試的函數(shù)簡單，可以方便的進(jìn)行測(cè)試，但是更改和添加功能時(shí)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(gè)函數(shù)可以無中間級(jí)別的與每個(gè)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(gè)行為直接與傳感器通訊，具有靈活性，可靠性，計(jì)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(jì)算機(jī)，傳感器與計(jì)算機(jī)的通訊和控制。6.自主資源管理器，7.海底計(jì)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(duì)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(chǎng)干擾，精度差），機(jī)械羅盤（精度好，時(shí)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(cuò)誤的的頻率漂移。LBL與多普勒計(jì)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(duì)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(cè)量，許多水下測(cè)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(shí)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(cè)量，例如深度，多普勒計(jì)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(dòng)采集海底信息。傳感器的舉例。
船塢的設(shè)計(jì)：1.能夠與物理存儲(chǔ)、電力傳輸和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃骆i機(jī)械、電動(dòng)和計(jì)算，2.在碼頭應(yīng)有足夠電源和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)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停靠。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(gè)水下。6.另一個(gè)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(jì)，沒有一個(gè)正確的設(shè)計(jì)，只有一個(gè)最理想的設(shè)計(jì)。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(jì)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(dòng)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(huì)更改水下航行器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(duì)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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