海底滑翔器译文

课题类型：目标导向类申请受理编号：SQ2006AA09Z113642

国家高技术研究发展计划（863计划）

专题课题申请书

技术领域名称：海洋技术领域

专题名称：海洋环境立体监测技术

申请指南技术方向：水下滑翔测量系统

课题名称：水下滑翔测量系统

申请人：张选明

依托单位：国家海洋技术中心

3.2、课题主要研究技术的国内外发展现状与趋势，课题主要研究技术国内外专利申请和授权情况

3.2.1国内外发展现状与趋势

水下滑翔测量系统由水下滑翔器、海洋测量传感器、数据通讯和定位系统组成，其中水下滑翔器是水下移动观测平台。

1989年美国海洋学家Henry Stommel提出了水下滑翔器原创性概念[1]。基本原理是：浮力变化驱动，两侧水平翼产生水动力，改变水下滑翔器重心位臵以调整姿态，实现滑翔运动。水下滑翔器是在剖面浮标技术基础上发展而来，从本质上讲，是一种安装水平翼的自持式循环剖面浮标[2，3]。遵循上述设计原理，美国海洋仪器专家Douglas C. Webb于1995年研制成功首台水下滑翔器原理样机SLOCUM，并于1998年进行了水域滑翔试验[4]。1999年, 美国华盛顿大学(University of Washington)研制成功名为Seaglider 的水下滑翔器 [5]；同年，美国斯克里普斯海洋学研究所（Scripps Institution of Oceanography）研制成功名为Spray的水下滑翔器 [6]。图1所示为上述三种水下滑翔器的外形图，表1为主要技术参数。其中，SLOCUM有电能驱动和温差能驱动两种模式。同时，加拿大、法国、英国、日本、新西兰等国家也开展了类似的水下滑翔器技术研究[7-11]。

SLOCUM Spray Seaglider

图1 美国研制的三种水下滑翔器

表1 美国研制的三种水下滑翔器主要技术参数

目前，水下滑翔器关键技术研究主要集中在观测平台的外形优化设计、高效浮力驱动单元、滑翔运动与姿态控制、定位与通讯导航应用技术等方面。

外形优化设计目的是获得较高升阻比，尽量减少水阻力，以减少能耗。SLOCUM 水平翼采用了较大的展弦比，并采用了45度后掠角，不但减小了水阻和水生植物的附着，而且提高了水下滑翔器的稳定性能。Spray进行了四种典型外形的水阻对比实验，优选了外形设计方案，采用了扁椭圆外形结构。通过风洞试验，Seaglider采用了纺缍状外形设计方案，该外形在较高滑翔速度下还能保持80%的表面处于层流状态，减小了滑翔阻力。表2列出了SLOCUM、Spray、Seaglider 三种水下滑翔器的外形主要参数。

表2 三种水下滑翔器外形主要参数

目前，水下滑翔器的驱动能源有两种：一种是电能（锂电池或碱性电池），SLOCUM-1、Seaglider、Spray等都采用电能驱动；另一种是海洋温差能源，目前只有美国Webb公司研发的一种SLOCUM-2由温差能转换成机械能直接驱动[2]。

水下滑翔器遵循了自持式剖面浮标（Argo）浮力驱动单元设计思想，如Seaglider与Spray均采用了Argo浮标浮力驱动单元技术[5，6]。

水下滑翔器的姿态控制一般都是通过平移和旋转质量块来调整重心位臵，从而改变航行姿态；为适应浅海区域工作需要，有的水下滑翔器其俯仰姿态使用平移质量块调节，航向则采用尾舵调节。

水下滑翔器的导航通常采用GPS与罗盘组合导航方式[2，5，6]。例如Seaglider、SLOCUM、Spray通过GPS 进行水面定位，利用电磁罗盘提供姿态角，采用航位推算法进行导航。

水下滑翔器采用的通讯方式主要有三种形式：（1）卫星通讯方式；（2）超高频（UHF）无线电通讯方式；（3）蜂窝电话网络方式。水下滑翔器一般根据不同的作业海区和成本选用不同的通讯方式。例如，Spray使用卫星通讯方式，可应用于较大海区的海洋环境监测；SLOCUM采用卫星通讯和无线局域网两种通讯方式，在近岸区采用无线局域网，以实现较大的数据传输速率；Seaglider则同时采用了上述三种通讯方式，具有获取近海和远海海洋环境数据的能力。

文献资料表明[2]，水下滑翔器使用的传感器应满足尺寸小，重量轻和能量消耗低的要求，目前已应用于水下滑翔器测量系统的传感器有：温度、盐度和压力传感器, 荧光计，溶解氧传感器，光学后向散射计等。同时，目前水下滑翔器正在进行其它类型传感器的应用试验，如浊度计和剪切传感器等。

目前，水下滑翔器已开始应用于近海和大洋海洋环境剖面测量，成为海洋水

下观测系统的重要组成部分。例如,最近在美国普林斯顿大学、伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)等六家研究机构和大学共同参与的海洋自动监测网（Autonomous Ocean Sampling Network ，简称AOSN)中，建立了以水下滑翔器为运载平台的水下立体监测网络[12-14]。此外，水下长期生态观测站（LEO-15）、蒙特利湾海洋观测系统等都应用了水下滑翔器，进行水下环境观测，提高了原有监测系统的功能。

1999年9月，Seaglider 搭载温度、盐度、压力传感器，在华盛顿州的普吉特海峡（PUGET Strait ）进行了海上试验，完成225个剖面并采集了数据，检验了系统的航行、导航、测量、通讯等各项功能[5]。2000年7月，SLOCUM 应用于水下长期生态观测站(LEO-15)，进行连续10天的温、盐、深剖面测量。2003年1月，美国利用SLOCUM 测量的现场观测数据，结合卫星遥感信息，实现了对墨西哥湾的赤潮预报。美国在2003年和2004年，利用安装了荧光计和溶解氧传感器的Seaglider ，在华盛顿州沿海进行了两次共10个月的试验，累计总航程达到5000公里，获得了该海区大量的叶绿素、溶解氧剖面数据[2]。2004年9月，Spray 从新英格兰（New England ）南端陆架区出发，横穿大西洋湾流（Gulf Stream ）到达百慕大（Bermuda ），航程1000多公里，首次获取了该海域剖面深度达1000米的海洋动力环境和海洋光学固有参数信息，同时，也检验了Seaglider 的驱动性能。

水下滑翔器在海上军事活动中也得到了应用。SLOCUM 在2003年和2004年分别参加了美国海军举行的代号为Kernel Blitz 03的军事演习[27]和伊拉克战争[28]，较好地完成了水雷排除任务。2005年11月，美国海军第一次在布法罗潜艇（SSN 715）上布放了一个水下滑翔器，用于海战场环境信息获取，同时，

图2 LEO-15组成示意图

也开展了使用潜艇回收水下滑翔器的试验[29]。在海上军事活动中，水下滑翔器可以收集海战场水文资料、作为水下诱饵、探测水雷及监测敌方军事活动。

近年来，国内也开展了水下滑翔器技术研究。天津大学开展了水下滑翔器航行动力学行为与控制策略研究，研制成功温差能驱动的水下滑翔器原理试验样机，并在千岛湖进行了为期两周的湖试，并获得了20多个下潜深度50米的剖面资料和运行轨迹等技术数据。中国科学院沈阳自动化研究所进行了水下滑翔器相关技术研究，研制成功电能驱动的水下滑翔器原理样机。国家海洋技术中心借助国家863计划，对水下滑翔器的关键技术--浮力驱动系统工作原理和关键技术、关键工艺进行了研究，并成功应用于“自持式剖面循环探测漂流浮标”项目中，研制出14台海试工程样机。

总体上看，我国的水下滑翔器技术研究尚处于起步阶段，虽然核心部件——浮力驱动系统有一定技术基础，但水下滑翔器系统整体研究还处于原理样机试验阶段。

3．2．2国内外专利授权情况

查新结论

经检索国内外的5个专利数据库，检出与本课题较为相关的专利文献10篇，经文献对比分析，在上述检索范围内：

国内外已有关于水下滑翔器方面的专利文献报导，主要涉及水下滑翔器的外形结构、浮力装臵方面的技术内容，也有关于运动姿态调制装臵方面的专利文献报导，但未见有关水下滑翔器的定位与导航策略方面的专利文献报导（详见文献分析）。而本课题拟研究一种具有自主的高效浮力调节驱动系统；具有良好水动力特性；具有创新的滑翔运动姿态调节和运动控制系统；采用新的定位与导航策略的水下滑翔系统。

详细内容见查新报告。

主要参考文献：

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4. D. C. Webb, P. J. Simonetti, C. P. Jones. “SLOCUM: An underwater gl ider

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23.E. Creed, J. Kerfoot, C. Mudgal, S. Glenn, 0. Schofield, C. Jones, D. Webb,J.

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27.https://www.wendangku.net/doc/624737497.html,/releases/2002/10/021*********.htm.

28.D. Rush, Navy Submarine Makes First Launch of Underwater Glider,

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31.Shuxin Wang and Yanhui Wang. Dynamic Modeling and Optimization Design on

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32.王树新，王延辉等. 温差能驱动的水下滑翔器设计与实验研究. 海洋技术，V ol.

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33.俞建成，张奇峰等. 水下滑翔机器人系统研究. 海洋技术，V ol. 25, No. 1, 6-10,

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34.俞建成，张奇峰等. 水下滑翔机器人运动调节机构设计与运动性能分析. 机器

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35.余立中，张少永等. 我国Argo浮标的设计与研究. 海洋技术，V ol. 22, No. 2,

121-129，2005

3.3、课题主要研究内容、拟解决的技术难点和主要创新点，现有研究基础

3.3.1主要研究内容

（1）水下滑翔器水动力学特性研究与外形优化设计

●典型海域海洋动力环境特征分析

围绕本系统未来主要应用海域（渤、黄、东、南海及太平洋、印度洋部分海域），通过大量历史资料的统计分析，获取与本系统水动力学特性密切相关的三维温、盐、密度和流场背景信息，特别是密度跃层的深度、厚度和强度等的分布变化特征，为系统设计与航行控制提供必要的水动力学参数。

●水动力学模型与物模试验

在充分吸取国外相关研究成果的基础上，根据应用海区特点，进行改进设计。建立整体水动力学模型，针对应用海区典型水动力环境，开展数模研究，建立外形、姿态与阻力系数和升阻比等水动力学参数之间的关系。开展相关物模实验，验证和改进水动力学模型。

●面向海洋测量任务的载体外形优化

依据数模仿真和物模实验，优选水下滑翔器主体以及舵和翼等附体的外形和位臵布局设计，以减小水阻，获得合适的升阻比。

（2）高效浮力驱动系统研究与优化设计

在已有剖面浮标浮力驱动系统技术成果基础上，进一步开展理论研究和数值模拟，优化系统设计。

●浮力驱动系统建模

建立包含系统运动参数的浮力驱动系统数学模型，研究不同海洋环境下浮力变化与滑翔运动性能的关系，优化浮力驱动模块的设计参数。

●浮力驱动系统优化设计

依据浮力驱动系统数模分析结果，优化浮力驱动系统设计，使之适用于水下滑翔器的作业方式和作业环境，并进一步提高驱动系统的可靠性。

（3）滑翔运动与姿态控制系统设计

●滑翔运动系统建模与控制策略分析

面向应用海域海洋动力环境，建立水下滑翔器系统动力学模型，重点分析滚转与俯仰姿态动力学行为，仿真模拟水下滑翔器运动轨迹，分析系统运动的可控性、可观测性及稳定性，研究均匀流场与非均匀流场中的姿态控制策略。

●姿态运动控制机构设计

参考滑翔动力学仿真结果，优化姿态调整参数，设计姿态运动调整机械结构。

●滑翔运动与姿态控制硬件设计

姿态运动控制机构驱动单元设计，姿态测量传感器布局设计，低功耗微处理模块的开发。

●滑翔运动与姿态控制算法与软件。

适用于均匀流场与非均匀流场中的姿态控制算法分析与研究，浮力调节、水下滑翔运动与姿态调整协同控制算法与软件实现，控制算法的鲁棒性分析。（4）导航、定位与双向通讯应用技术研究

●轨迹规划与导航策略研究

根据应用海域和测量要求，进行起始点与目标点之间的路径全局规划，定位点之间的局域路径实时规划策略，建立航行误差测量与补偿模型，航位推算方法。

●导航与定位系统的软、硬件设计

导航策略的软件实现，导航系统与运动控制系统的通讯协议制定，卫星定位系统选型，卫星定位天线的适应性设计，微处理系统设计。

●双向通讯系统的软件及硬件设计

低功耗双向通讯系统选型，适于水下滑翔器的通讯天线设计，通讯协议制定，数据传输格式与软件实现，远程控制功能的实现。

（5）海洋环境参数测量系统

●温盐深测量模块设计

研究温度、盐度、压力传感器在水下滑翔器上的安装方式，及载体与传感器

之间的相互影响，减小阻力，减小载体对测量值的影响。

●数据采集、存储、通讯单元设计

根据相关标准，选择合理的采样频率及数据存储格式；依据数据量需求，进行存储器、数据通讯模块和接口设计。

（6）能源供应与辅助单元设计

●电源单元设计

根据最大作业深度和总航程，对系统功耗进行分析与计算，研究电源模块设计与管理，制定电源工作状态监控措施。

●应急处理单元设计

防触底模块硬件设计，紧急上浮模块硬件设计，故障诊断与控制软件设计。

●回收单元设计

为减少样机试验过程的丢失，在样机研制阶段，增加必要措施，提高样机在试验中的回收率，研制示踪模块的软硬件和回收机械结构。

（7）性能测试与海上试验

●性能测试

进行该系统的驱动、控制、测量、通讯、结构等单元模块和集成后系统整体的性能指标测试，检验部件和系统可靠性。

●海上试验

选择适当海域，进行水下滑翔器测量系统海上现场试验，检验系统的驱动能力、航行轨迹、潜深、姿态、测量、通讯、远程控制等方面的性能。

3.3.2技术难点

（1）面向海洋测量任务的水下滑翔器外形优化设计技术

水下滑翔器作为一种海洋移动观测平台，其运动和测量都受海洋环境的影响，要在现有工作和吸取国内外已有成果的基础上，针对典型海洋动力环境特征，并考虑平台与被测环境的相互作用，进行必要的数模仿真和物模实验，设计既满足测量传感器功能要求又具有良好水动力特性的载体，是要解决的技术难点之一。

（2）浮力驱动单元设计与制造技术

浮力驱动单元是一套机电液耦合的液压驱动和体积调整系统，是水下滑翔器

的关键部件，也是技术难点之一。该单元性能优劣将危及水下滑翔器的生命，直接影响水下滑翔器的航程和水下滑翔器的可控性。根据我们研制自持式剖面循环漂流浮标的经验，必须严格控制该部件的计算、设计、制造、调试过程，特别要关注皮囊的材质和成形工艺，并努力提高其驱动效率，减少能耗。

（3）水下滑翔器的运动和姿态控制技术

水下滑翔器的运动和姿态控制性能优劣决定了水下滑翔器的稳定性、可控性、剖面轨迹的精度、以及作业目标能否实现。水下滑翔器的运动和姿态控制是在作业程序控制下，由浮力调整、水下滑翔器的重心与浮心位臵调整、水平翼和垂直尾翼产生的水动力变化三者协调工作完成的，而水下滑翔器的运动和姿态控制系统的功能实现，又与作业海域海洋温、盐、流等动力环境密切相关；同时，通过远程控制，更换水下滑翔器的作业程序，改变水下滑翔器的作业剖面，这在国内海洋监测技术领域还是空白。因此，水下滑翔器的运动和姿态控制技术是本项目的技术难点之一。

（4）水下滑翔器的导航控制技术

该项技术研究水下滑翔器全局路径和局域路径的规划和实施，它决定了水下滑翔器航行轨迹的跟踪响应能力和准确性。受低成本的限制，水下滑翔器中不能使用光纤或机械惯导装臵，只能使用水面上的GPS系统和水下滑翔器自身的电磁罗盘确定位臵与航向。导航系统功能的实现受到水下滑翔器外部作业海域海流的影响。因此，水下滑翔器的导航控制模型与软件对外部环境的适应性和鲁棒性是本项目研究的技术难点之一。

（5）浮力标定与调整技术

水下滑翔器系统的滑翔运动依靠净浮力驱动，浮力的大小对水下滑翔器的航行轨迹和航程起决定性作用。根据我们研制ARGO浮标的经验，浮力标定与调整需要精确到克重，而且必须在温度可控、盐度可控和压力可控而且模型可视的大型压力容器中进行，以模拟实际作业的海洋环境，否则难以实现任务目标。水下滑翔器系统比ARGO浮标结构复杂，其浮力标定与调整将更为困难，使得浮力标定与调整技术也成为本项目的技术难点之一。

3.3.3主要创新点

（1）水下滑翔器测量系统功能的首次实现是本项目的系统集成创新水下滑翔器技术是国外发达海洋国家正在发展的一项海洋观测高新技术，是海洋环境立体监测技术的前沿技术之一，也是海洋观测技术国际先进水平的标志性技术之一。通过水下滑翔器测量系统的自主开发和研制，将首次实现项目指南要求的技术指标且拥有自主知识产权，是本项目的系统集成创新。

（2）高效浮力驱动技术创新

浮力驱动技术是剖面浮标与水下滑翔器的共有技术，在美国Webb公司该项技术属技术机密。本项研究将在自主研发的Argo浮标浮力驱动系统的基础上，研制出更适于水下滑翔器应用的高效浮力驱动技术，完全具有自主知识产权，是本项目的技术创新之一。

（3）水下滑翔器运动和姿态控制技术创新

水下滑翔器的运动和姿态控制策略及其实现，国外没有详细的相关技术报导，完全由项目组自主研发，具有自主知识产权，是本项目的技术创新之二。

（4）水下滑翔器导航技术的自主创新

国外资料中至今还没有水下滑翔器导航技术的相关报导。本项研究完全立足于自主研发，建立具有适应性和鲁棒性的滑翔航行控制模型，以保证导航与定位系统误差模型的可靠性及软件的有效性和实时性，满足应用海域测量任务要求，是本项目的技术创新之三。

3．3．4现有研究基础

（1）项目依托单位国家海洋技术中心，长期从事海洋调查观测、监测监视技术研究和相应仪器设备的开发，已积累了40余年的经验。“九五”和“十五”期间，先后承担承担了40多项国家“863”计划海洋监测技术主题的专项、专题、课题、子课题的研究任务，其中包括三个重大项目。研制的海洋观测仪器设备支持了海军的海洋环境保障和沿海省市的国民经济建设。

（2）

进行了多次海上试验。目前已形成了工作水深1000米以内的剖面浮标产品开发

能力。为水下滑翔器的研制奠定了基础。

（3）在“十五”期间开展了863计划项目“小型多参数海洋监测浮标”的研制

工作，掌握了GPS 、电子罗盘姿态测量、Inmarsat （海事卫星）、北斗导航通讯系统的应用技术，为这些技术在水下滑翔测量系统的应用打下了技术基础。

（4）从2000年至今，天津大学机械工程学院与

国家海洋技术中心合作，对水下滑翔器技术进行

了深入的研究，先后进行了驱动装臵、姿态调整、

6#浮标漂流轨迹图

图3自持式剖面循环探测漂流浮标及漂流轨迹和温度剖面曲线

图4 批量生产的自持式剖面循环探测浮标

图5小型多参数海洋监测浮标

图6滑翔器（AUG ）湖试

外形与结构、控制策略等方面的预先研究。设计了水下滑翔器原理样机，并于2005年7月在浙江千岛湖完成了水域试验。在研制过程中，申请相关发明专利4项。上述工作为此项目的研究奠定了基础。

（5）国家海洋技术中心与天津大学合作研制成功水下自定位潮流测量仪。该系统采用小型水下自航行器作为载体，具有自主导航与定位功能，最高航行速度为4节，航行距离100公里。该系统2005年进行了海上试验。在该项目研究过程

中，申请发明专利5项，在水下自主航行、控制与水域试验方面积累了技术基础。

（6）中国科学院力学研究所在“十五”期间开展了863青年基金项目“水下监测平台的水动力学分析软件研究”，为本项目的实施奠定了良好的基础；并针对我国自主研制的自持式剖面循环探测漂流浮标的水动力学问题开展了理论建模和分析工作，成功分析了浮标运动的影响因素。

（7）水下滑翔器技术的相关预研工作。先后开展了水下滑翔器外形水动力学分析、传感器安装方式对流体动力的影响、水平翼攻角的选择等研究。

初步研究和分析了系统参数变化对航行姿态和航行轨道的影响，利用CFD 软件初步比较了三种典型的水平翼面设计。图8是攻角为0、流速0.40米/秒时的流场速度等势线图。通过图8可看出，c 图设计更为稳定，易于控制；同时，不同翼型对航行器的阻力系数也有不可忽视的影响。从图9可以看出，在相同流速下，NACA0012翼型对流场的影响远小于平板翼的影响，有更好的水动力特性。

（a ）

(b) (c)

图7 水下自定位潮流测量仪

图8 不同翼面设计流场速度等势线图

图9 不同翼型流场速度等势线图

3.4、课题预期达到的目标、主要技术指标，可获得专利等知识产权及人才培养情况

3.4.1预期达到的目标

（1）掌握水下滑翔器测量系统关键技术，并拥有自主知识产权；

（2）研制水下滑翔器测量系统工程试验样机一台，技术性能符合指南要求：下潜深度500m，设计航程500km；并进行海上试验，获取温、盐、深剖面数据；

（3）申请专利8项，发表论文10余篇；

（4）建设技术人才梯队，为技术成果定型及产品化奠定良好基础。

3.4.2 主要技术指标

主要技术指标符合指南专题一目标导向类课题3“水下滑翔测量系统”的要求。

计算。

②*号标记项是指南中要求的指标，其它指标是设计指标。

3.4.3专利

水下滑翔器水下滑翔器、高效浮力驱动技术、滑翔运动与姿态控制技术、

滑翔航行导航控制技术等，具有自主知识产权，形成实用新型专利或发明专利。

3.4.4人才培养情况

通过本项目的研究, 培养博士和硕士生各4名。

3.5、课题拟采取的研究方法，课题技术路线（或实施方案）及其可行性分析（如有协作单位，请说明课题的任务分工）

3.5.1课题拟采取的研究方法

水下滑翔器测量系统涉及浮力驱动、传感器、计算机通信、机械制造、海洋工程等多项技术，根据课题申请指南的要求，拟根据下述研究方法展开工作：●针对水下滑翔测量系统的技术要求，充分考虑其使用环境条件，本项目总的研究方法是：综合国内、外先进技术，以理论分析与仿真模拟为指导，以性能测试与试验验证为基础，以浮力驱动系统和滑翔运动控制系统为核心，以应用海域海洋动力环境测量任务为目标，以面向海洋测量任务的载体外形优化设计为要求，按照“任务要求--系统原理—方案设计--单元布局—技术设计—样机研制—试验验证”的基本步骤开展研究工作。

●将本课题研究的工作重点放在水下滑翔器设计及其与测量系统的集成、航行控制、测量数据实时传输、海上试验等主要研究内容上，以解决关键技术、突破技术难点。在前期研究工作和成果的基础上，研制系统所需要的硬软件模块，使所研究的成果达到课题申请指南中提出的总体目标要求。

●在研制工作中，充分利用依托单位和合作单位的实验与测试条件、发挥课题依托单位和合作单位的整体技术优势，力求研究成果最优；重视制造技术和制造工艺的研究，提高工程试验样机的可靠性、适用性；充分征求海洋学家们和军方潜在用户对水下滑翔器产品设计的功能要求，为今后的成果应用和市场开发奠定基础；把课题研究与今后的产业化相结合，将研制的水下滑翔器软硬件模块尽可能向技术实用化、标准化、产品化方向努力。

3.5.2总体技术实施方案

（1）性能指标

①工作水深：500m

②最大航行距离：500km

③水下连续工作时间：约30d

④工作方式：水下滑翔器通过船载或机载布放于应用海域，通过卫星进行导航定位和通讯，测量数据经卫星通讯进入岸基接收站。

⑤供电方式：电池供电，并通过卫星和电源管理模块监测能源供应状态。

（2）工作原理

● 水下滑翔器开始航行时，在预设

程序控制下，通过浮力驱动单元，使水

下滑翔器的浮力小于重力，而开始下沉；

同时通过调整重心位臵，使其头部向下

倾斜。借助海水在水平翼和垂直尾翼产

生的作用力，实现向前下滑翔运动。

●

到达预定深度后，通过浮力驱动单元，使系统所受浮力大于重力，实现

系统运动由下降到上升的转变；同时改

变滑翔姿态，使其头部向上倾斜，实现向前上滑翔运动。

● 水下滑翔器在滑翔过程中，利用重心位臵调整，改变仰俯角和滚转角，使水下滑翔器按照预定滑翔角和航向，保持稳定滑翔运动，并测量海洋环境参数。

● 水下滑翔器位于水面时，通过GPS 定位系统确定自身位臵，并通过卫星通讯发送数据和接受指令。

水下滑翔器的观测作业过程如图10所示。

（3）水下滑翔器测量系统组成

水下滑翔器测量系统主要由以下单元组成：载体结构（耐压壳体、水平翼、尾翼、整流罩）、浮力驱动单元、滑翔运动与姿态控制单元、导航定位与卫星通讯单元、环境参数测量单元、电源模块及辅助单元等。图11为系统构成示意图。

图10 AUG 作业示意图

图11 水下滑翔器测量系统构成

水下滑翔器总体布局采用分段模块化设计。其中耐压壳体分为四段。首段主要用于安装前部配重电池组和滚转控制机构及电子罗盘。中前段安装俯仰控制机构，中后段安装控制电路及测量传感器，末段安装浮力驱动单元。耐压壳体四段间采用中心拉杆贯穿拉紧。尾部为浸水舱段安装温盐深测量传感器、外部皮囊及其它传感器。卫星定位、通讯天线镶嵌在水平翼中。总体布局如图12所示。

图12总体布局示意图

水下滑翔器载体结构。主要包括耐压壳体、滑翔翼（固定水平翼）、尾翼和内部支撑结构等，水下滑翔器外形应符合低水阻等水动力学特性要求。

●浮力驱动单元。主要包括液压泵、伺服电机、减速器、皮囊等。改变系统浮力时，电机通过减速器驱动液压泵工作，调节皮囊内的工作液体积，实现浮力调节。

●滑翔运动与姿态控制单元。以微处理器为控制核心，配合姿态监测传感器，利用电机驱动齿轮、齿条机构，轴向或周向移动电池组位臵改变系统重心，实现俯仰姿态或滚转姿态控制。

●导航定位和通讯单元。包括天线、卫星终端、以微处理器为核心的数据传输处理模块等。当航行器浮于水面时，利用GPS进行水面定位，由通讯卫星实现数据传输、指令接收等功能。通过软件算法实现水下滑翔器的航迹规划和自主导航。

●海洋环境参数测量单元。主要由温盐深测量传感器、数据采集处理器和大容量数据存储单元构成，用以测量和存储海洋环境参数等。

●电源单元。由锂电池组与电源管理和工作状态监测模块构成。

●辅助单元。主要包括：防触底模块、紧急上浮控制与实现模块、回收示踪模块与回收机械结构组件等。

（4）总体技术路线

水下滑翔器测量系统总体技术路线如图13所示。