010-53322951
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研究報(bào)告指出，在技術(shù)方面，中國在 AUV 的總體多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)、動(dòng)力與推進(jìn)技術(shù)、導(dǎo)航與控制技術(shù)以及探測(cè)與通信技術(shù)等核心技術(shù)領(lǐng)域取得了一系列突破，部分技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國際先進(jìn)水平，在導(dǎo)航與控制技術(shù)方面，中國研發(fā)的高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和先進(jìn)的控制算法，提高了 AUV 的導(dǎo)航精度和控制穩(wěn)定性；在探測(cè)技術(shù)方面，自主研發(fā)的高分辨率聲吶和光學(xué)傳感器，提升了 AUV 對(duì)水下目標(biāo)的探測(cè)和識(shí)別能力。
一、總體多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)?
AUV 的總體設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的多學(xué)科融合過程，涉及流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料科學(xué)、控制理論、能源技術(shù)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)過程中，需要綜合考慮 AUV 的各項(xiàng)性能指標(biāo)，如航行速度、續(xù)航能力、負(fù)載能力、機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性以及可靠性等，通過多學(xué)科的協(xié)同優(yōu)化，實(shí)現(xiàn) AUV 整體性能的最優(yōu)。?
在流體力學(xué)方面，AUV 的外形設(shè)計(jì)對(duì)其水動(dòng)力性能有著至關(guān)重要的影響。合理的外形設(shè)計(jì)能夠減小航行阻力，提高推進(jìn)效率，從而提升 AUV 的航行速度和續(xù)航能力。研究人員通常采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)不同外形的 AUV 進(jìn)行水動(dòng)力分析，優(yōu)化外形參數(shù)，以獲得最佳的水動(dòng)力性能。通過 CFD（計(jì)算流體力學(xué)）軟件對(duì)魚雷形、碟形、仿生形等不同外形的 AUV 進(jìn)行流場(chǎng)模擬，分析其在不同航速下的阻力系數(shù)、升力系數(shù)等水動(dòng)力參數(shù)，為外形設(shè)計(jì)提供依據(jù)。?
結(jié)構(gòu)力學(xué)也是總體設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的學(xué)科。AUV 在水下航行時(shí)，會(huì)受到巨大的水壓作用，因此需要具備足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以確保在復(fù)雜的水下環(huán)境中安全可靠地運(yùn)行。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要根據(jù) AUV 的工作深度、尺寸和載荷要求，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材料，并進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性分析。采用有限元分析方法對(duì) AUV 的耐壓殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸，提高結(jié)構(gòu)的抗壓能力。?
能源技術(shù)的發(fā)展對(duì) AUV 的性能提升也起著關(guān)鍵作用。隨著對(duì) AUV 續(xù)航能力要求的不斷提高，開發(fā)高效、可靠的能源系統(tǒng)成為研究的重點(diǎn)。在總體設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮不同能源的特點(diǎn)和適用性，選擇合適的能源類型，并對(duì)能源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置，以提高能源利用效率，延長 AUV 的續(xù)航時(shí)間。研究鋰電池、燃料電池等不同能源在 AUV 中的應(yīng)用，分析其能量密度、充放電特性、使用壽命等性能指標(biāo)，為能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。?
AUV 總體多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)面臨著諸多挑戰(zhàn)。各學(xué)科之間存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系，一個(gè)學(xué)科的設(shè)計(jì)參數(shù)變化可能會(huì)對(duì)其他學(xué)科的性能產(chǎn)生影響，因此需要建立多學(xué)科耦合模型，進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化。設(shè)計(jì)過程中需要考慮的因素眾多，包括任務(wù)需求、環(huán)境條件、技術(shù)可行性、成本效益等，如何在這些因素之間找到平衡，實(shí)現(xiàn)整體性能的最優(yōu)，是一個(gè)需要深入研究的問題。由于水下環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性，對(duì) AUV 的性能測(cè)試和驗(yàn)證也存在一定的困難，需要不斷完善測(cè)試方法和驗(yàn)證手段，確保設(shè)計(jì)的可靠性。?
二、結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)?
AUV 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接關(guān)系到其在水下的穩(wěn)定性、機(jī)動(dòng)性以及負(fù)載能力，因此需要根據(jù) AUV 的任務(wù)需求和工作環(huán)境進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。常見的 AUV 結(jié)構(gòu)形式有單體式、雙體式和多體式等。單體式結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，具有較好的流體動(dòng)力學(xué)性能，適用于大多數(shù)常規(guī)任務(wù)。雙體式和多體式結(jié)構(gòu)則在穩(wěn)定性和負(fù)載能力方面具有優(yōu)勢(shì)，常用于需要搭載大量設(shè)備或執(zhí)行特殊任務(wù)的 AUV。雙體式 AUV 通過兩個(gè)平行的船體提供更大的浮力和穩(wěn)定性，能夠搭載更多的傳感器和設(shè)備，適用于海洋調(diào)查、水下監(jiān)測(cè)等任務(wù)。?
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還需要考慮 AUV 的耐壓性能。隨著作業(yè)深度的增加，AUV 所承受的水壓也會(huì)急劇增大，因此需要采用高強(qiáng)度的耐壓結(jié)構(gòu)來保證其安全運(yùn)行。常見的耐壓結(jié)構(gòu)有球形、圓柱形和橢球形等。球形耐壓結(jié)構(gòu)具有較好的抗壓性能，能夠均勻地承受水壓，但加工難度較大；圓柱形耐壓結(jié)構(gòu)加工相對(duì)容易，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種耐壓結(jié)構(gòu)；橢球形耐壓結(jié)構(gòu)則在一定程度上兼顧了抗壓性能和空間利用率。?
材料的選擇對(duì)于 AUV 的性能有著重要影響。AUV 需要使用具有高強(qiáng)度、低密度、耐腐蝕和耐高壓等特性的材料。在耐壓殼體材料方面，常用的有金屬材料和復(fù)合材料。金屬材料如鈦合金，具有高強(qiáng)度、耐腐蝕和良好的加工性能，能夠滿足 AUV 在深海環(huán)境下的耐壓要求，但密度較大，可能會(huì)影響 AUV 的續(xù)航能力和機(jī)動(dòng)性。復(fù)合材料如碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，具有密度低、強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效減輕 AUV 的重量，提高其性能，但成本相對(duì)較高，加工工藝也較為復(fù)雜。?
除了耐壓殼體材料，AUV 的其他部件也需要選用合適的材料。在推進(jìn)器葉片材料的選擇上，需要考慮材料的強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性，常用的材料有高強(qiáng)度塑料和金屬合金等。在電子設(shè)備封裝材料的選擇上，需要考慮材料的絕緣性能、防水性能和抗沖擊性能，以確保電子設(shè)備在水下環(huán)境中的正常工作。?
三、動(dòng)力與推進(jìn)技術(shù)?
動(dòng)力與推進(jìn)技術(shù)是 AUV 實(shí)現(xiàn)自主航行的關(guān)鍵，直接影響著 AUV 的續(xù)航能力、航行速度和機(jī)動(dòng)性。目前，AUV 常用的動(dòng)力源主要有電池、燃料電池和熱動(dòng)力源等。?
電池是 AUV 最常用的動(dòng)力源之一，其中鋰電池因其具有能量密度高、充放電效率快、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在 AUV 中得到了廣泛應(yīng)用。不同類型的鋰電池在性能上存在一定差異，磷酸鐵鋰電池具有安全性高、循環(huán)壽命長的特點(diǎn)，適合用于對(duì)安全性要求較高、長時(shí)間作業(yè)的 AUV；三元鋰電池則具有更高的能量密度，能夠?yàn)?AUV 提供更強(qiáng)的動(dòng)力，適用于對(duì)續(xù)航能力和速度要求較高的任務(wù)。隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展，新型電池如固態(tài)電池等也逐漸成為研究熱點(diǎn)，固態(tài)電池具有更高的能量密度和安全性，有望進(jìn)一步提升 AUV 的性能。?
燃料電池作為一種高效、清潔的能源，近年來在 AUV 中的應(yīng)用也越來越受到關(guān)注。常見的燃料電池有氫氧燃料電池、鋁 / 過氧化氫燃料電池等。氫氧燃料電池通過氫氣和氧氣的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，能量轉(zhuǎn)換效率高，續(xù)航能力強(qiáng)，但需要攜帶氫氣和氧氣，儲(chǔ)存和使用存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。鋁 / 過氧化氫燃料電池則利用鋁和過氧化氫的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，具有能量密度高、不需要外部氧氣供應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于深海等特殊環(huán)境下的作業(yè)。然而，燃料電池的成本較高，技術(shù)成熟度相對(duì)較低，還需要進(jìn)一步的研究和發(fā)展。?
熱動(dòng)力源利用海洋中的溫差或化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng) AUV 前進(jìn)。常見的熱動(dòng)力源有海洋溫差能動(dòng)力系統(tǒng)和閉式循環(huán)熱動(dòng)力系統(tǒng)等。海洋溫差能動(dòng)力系統(tǒng)利用海洋表層水和深層水之間的溫差，通過熱力循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為 AUV 提供動(dòng)力。這種動(dòng)力源具有可再生、無污染等優(yōu)點(diǎn)，但能量密度較低，受海洋環(huán)境條件的限制較大。閉式循環(huán)熱動(dòng)力系統(tǒng)則利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱能，通過閉式循環(huán)系統(tǒng)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，具有能量密度高、不受外界環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)成本較高。?
在推進(jìn)技術(shù)方面，AUV 常用的推進(jìn)方式有螺旋槳推進(jìn)、噴水推進(jìn)和仿生推進(jìn)等。螺旋槳推進(jìn)是最傳統(tǒng)的推進(jìn)方式，具有結(jié)構(gòu)簡單、效率較高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種類型的 AUV 中。通過優(yōu)化螺旋槳的設(shè)計(jì)參數(shù)，如槳葉形狀、螺距等，可以提高螺旋槳的推進(jìn)效率，降低噪聲和振動(dòng)。噴水推進(jìn)器則通過向后噴射高速水流產(chǎn)生推力，具有推進(jìn)效率高、噪聲低、機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于對(duì)靜音和機(jī)動(dòng)性要求較高的任務(wù)。仿生推進(jìn)器模仿海洋生物的運(yùn)動(dòng)方式，如魚類的擺動(dòng)尾鰭、烏賊的噴水推進(jìn)等，具有更好的靈活性和隱蔽性，能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜的水下環(huán)境，但技術(shù)難度較大，目前仍處于研究和發(fā)展階段。?
四、導(dǎo)航與控制技術(shù)?
導(dǎo)航與控制技術(shù)是 AUV 實(shí)現(xiàn)自主航行和精確作業(yè)的核心技術(shù)，直接關(guān)系到 AUV 的任務(wù)執(zhí)行能力和安全性。AUV 的導(dǎo)航系統(tǒng)主要用于確定其在水下的位置、方向和姿態(tài)，為控制決策提供準(zhǔn)確的位置信息。常用的導(dǎo)航方式包括慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、水聲導(dǎo)航以及地球物理場(chǎng)輔助導(dǎo)航等。?
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是 AUV 最基本的導(dǎo)航方式之一，它利用陀螺儀和加速度計(jì)測(cè)量 AUV 的加速度和角速度，通過積分運(yùn)算得出 AUV 的位置、速度和姿態(tài)信息。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有自主性強(qiáng)、不受外界干擾等優(yōu)點(diǎn)，能夠在水下環(huán)境中獨(dú)立工作。然而，由于慣性器件存在漂移誤差，隨著時(shí)間的推移，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的累積誤差會(huì)逐漸增大，導(dǎo)致導(dǎo)航精度下降。為了提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度，通常采用高精度的慣性器件，并結(jié)合先進(jìn)的誤差補(bǔ)償算法，對(duì)漂移誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。?
衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)如 GPS、北斗等，能夠提供高精度的定位信息，在 AUV 浮出水面時(shí)，可以通過接收衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位校準(zhǔn)，從而提高 AUV 的導(dǎo)航精度。但在水下，由于電磁波的傳播受到嚴(yán)重衰減，衛(wèi)星信號(hào)無法直接到達(dá) AUV，因此衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在水下的應(yīng)用受到很大限制。?
水聲導(dǎo)航系統(tǒng)利用聲波在水中的傳播特性，通過測(cè)量 AUV 與水下信標(biāo)或其他參考點(diǎn)之間的距離和角度，實(shí)現(xiàn)水下定位。常見的水聲導(dǎo)航方式有聲學(xué)多普勒測(cè)速儀（ADCP）導(dǎo)航、超短基線（USBL）導(dǎo)航、長基線（LBL）導(dǎo)航和短基線（SBL）導(dǎo)航等。ADCP 導(dǎo)航通過測(cè)量水中聲波的多普勒頻移，計(jì)算 AUV 的速度和位移，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位；USBL 導(dǎo)航則通過測(cè)量 AUV 與母船或水下信標(biāo)之間的角度和距離，確定 AUV 的位置；LBL 導(dǎo)航和 SBL 導(dǎo)航則分別利用長基線和短基線的聲學(xué)信標(biāo)，實(shí)現(xiàn)高精度的水下定位。水聲導(dǎo)航系統(tǒng)精度較高，但作用距離有限，且易受水聲環(huán)境的影響，如多徑效應(yīng)、水聲傳播速度變化等，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)航精度下降。?
地球物理場(chǎng)輔助導(dǎo)航利用地球的重力場(chǎng)、磁場(chǎng)等物理場(chǎng)特征，結(jié)合預(yù)先存儲(chǔ)的地球物理場(chǎng)地圖，對(duì) AUV 進(jìn)行定位和導(dǎo)航。重力場(chǎng)輔助導(dǎo)航通過測(cè)量 AUV 所在位置的重力異常，與預(yù)先存儲(chǔ)的重力場(chǎng)地圖進(jìn)行匹配，確定 AUV 的位置；磁場(chǎng)輔助導(dǎo)航則利用 AUV 攜帶的磁力計(jì)測(cè)量地磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向，與地磁場(chǎng)模型進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位。地球物理場(chǎng)輔助導(dǎo)航具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，能夠在其他導(dǎo)航方式失效的情況下，為 AUV 提供可靠的定位信息，但需要精確的地球物理場(chǎng)地圖支持，且匹配算法的精度和效率有待進(jìn)一步提高。?
AUV 的控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確控制，確保 AUV 按照預(yù)定的航線和任務(wù)要求執(zhí)行。控制系統(tǒng)基于先進(jìn)的算法和人工智能技術(shù)，對(duì)傳感器采集到的環(huán)境信息和導(dǎo)航系統(tǒng)提供的位置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，根據(jù)任務(wù)要求生成相應(yīng)的控制指令，調(diào)整 AUV 的航行姿態(tài)、速度和方向。常見的控制算法有 PID 控制、自適應(yīng)控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。?
PID 控制是一種經(jīng)典的控制算法，它根據(jù)系統(tǒng)的誤差、積分和微分來調(diào)整控制輸出，使系統(tǒng)的響應(yīng)達(dá)到期望值。PID 控制算法簡單易懂，易于實(shí)現(xiàn)，在 AUV 的控制中得到了廣泛應(yīng)用。但 PID 控制算法對(duì)于復(fù)雜的非線性系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)，控制效果可能不理想。?
自適應(yīng)控制能夠根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境變化，自動(dòng)調(diào)整控制器的參數(shù)，以適應(yīng)不同的工作條件。自適應(yīng)控制算法具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性，能夠提高 AUV 在復(fù)雜環(huán)境下的控制性能。但其算法設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，計(jì)算量較大，對(duì)硬件要求較高。?
模糊控制則利用模糊邏輯處理不確定性和模糊性問題，通過模糊規(guī)則對(duì)輸入和輸出之間的關(guān)系進(jìn)行模糊建模，并根據(jù)這些模糊規(guī)則生成控制信號(hào)。模糊控制算法能夠有效地處理 AUV 在水下環(huán)境中遇到的不確定性和非線性問題，具有較好的控制效果。但模糊控制規(guī)則的制定需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，且缺乏嚴(yán)格的理論分析。?
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，對(duì) AUV 的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，具有較強(qiáng)的非線性逼近能力和自適應(yīng)性。但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練需要大量的數(shù)據(jù)和計(jì)算資源，且訓(xùn)練過程較為復(fù)雜，容易陷入局部最優(yōu)解。?
為了提高 AUV 的導(dǎo)航精度和控制穩(wěn)定性，通常采用多種導(dǎo)航和控制技術(shù)相結(jié)合的方式，形成組合導(dǎo)航和復(fù)合控制策略。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與水聲導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，利用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的短期高精度和水聲導(dǎo)航系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高導(dǎo)航精度；將 PID 控制與模糊控制相結(jié)合，形成模糊 PID 控制算法，既利用了 PID 控制的精確性，又發(fā)揮了模糊控制對(duì)非線性和不確定性問題的處理能力，提高了控制穩(wěn)定性。?
五、探測(cè)與通信技術(shù)?
探測(cè)與通信技術(shù)是 AUV 獲取水下信息和與外界進(jìn)行信息交互的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于 AUV 完成各種任務(wù)具有重要意義。在探測(cè)技術(shù)方面，AUV 搭載了多種類型的傳感器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水下環(huán)境、目標(biāo)物體的探測(cè)和識(shí)別。?
聲學(xué)傳感器是 AUV 最常用的探測(cè)設(shè)備之一，其中聲吶是最為重要的聲學(xué)傳感器。聲吶通過發(fā)射和接收聲波，利用聲波在水中的傳播特性來探測(cè)水下目標(biāo)的位置、形狀、大小等信息。常見的聲吶類型有多波束測(cè)深聲吶、側(cè)掃聲吶、合成孔徑聲吶等。多波束測(cè)深聲吶能夠同時(shí)發(fā)射多個(gè)波束，測(cè)量海底的地形地貌，生成高精度的海底地形圖，為海洋地質(zhì)勘探、海底工程建設(shè)等提供重要的數(shù)據(jù)支持；側(cè)掃聲吶則主要用于探測(cè)海底的目標(biāo)物體，如沉船、礁石、管道等，通過對(duì)反射聲波的分析，獲取目標(biāo)物體的輪廓和特征信息；合成孔徑聲吶利用合成孔徑技術(shù)，提高聲吶的分辨率，能夠?qū)５啄繕?biāo)進(jìn)行更精細(xì)的探測(cè)和識(shí)別。?
光學(xué)傳感器也是 AUV 常用的探測(cè)手段之一，主要包括水下攝像機(jī)和光學(xué)成像儀等。水下攝像機(jī)能夠直觀地獲取水下物體的圖像信息，用于水下觀測(cè)、考古、生物研究等領(lǐng)域。隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水下攝像機(jī)的分辨率和靈敏度不斷提高，能夠在更復(fù)雜的水下環(huán)境中獲取清晰的圖像。光學(xué)成像儀則利用光學(xué)原理對(duì)水下物體進(jìn)行成像，具有更高的分辨率和精度，可用于對(duì)微小目標(biāo)的探測(cè)和分析。此外，AUV 還可以搭載其他類型的傳感器，比如磁力計(jì)、重力計(jì)、水質(zhì)傳感器等。磁力計(jì)用于測(cè)量地磁場(chǎng)的變化，通過分析地磁場(chǎng)異常，探測(cè)水下的磁性目標(biāo)，如潛艇、水雷等；重力計(jì)則用于測(cè)量地球重力場(chǎng)的變化，為海洋地質(zhì)勘探和地球物理研究提供數(shù)據(jù)；水質(zhì)傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)海水的溫度、鹽度、溶解氧、酸堿度等參數(shù)，用于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和生態(tài)研究。?
水下通信是 AUV 與外界進(jìn)行信息交互的重要手段，然而，由于水下環(huán)境對(duì)電磁波的傳播具有很強(qiáng)的衰減作用，使得水下通信面臨著很大的挑戰(zhàn)。目前，AUV 常用的通信方式主要有聲通信、光通信和衛(wèi)星通信等。?
聲通信利用聲波在水中傳播信息，是 AUV 水下通信的主要方式。聲通信技術(shù)包括單工、半雙工和全雙工通信，以及擴(kuò)頻通信、跳頻通信等多種調(diào)制解調(diào)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同距離和數(shù)據(jù)傳輸速率的通信需求。單工聲通信只能單向傳輸信息，適用于對(duì)通信實(shí)時(shí)性要求不高的簡單任務(wù)；半雙工聲通信可以雙向傳輸信息，但不能同時(shí)進(jìn)行，常用于一些對(duì)通信速率要求較低的應(yīng)用場(chǎng)景；全雙工聲通信則可以同時(shí)進(jìn)行雙向通信，能夠滿足實(shí)時(shí)性要求較高的任務(wù)需求。擴(kuò)頻通信和跳頻通信等調(diào)制解調(diào)技術(shù)能夠提高聲通信的抗干擾能力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在?fù)雜的水聲環(huán)境中具有更好的通信性能。然而，聲通信也存在一些局限性，如傳播速度慢、帶寬有限、易受水聲環(huán)境影響等，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸速率較低，通信距離有限。?
光通信具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但在水下的傳播距離有限，主要應(yīng)用于近距離的水下通信。水下光通信主要采用藍(lán)綠激光作為載波，利用激光在水中的傳播特性進(jìn)行信息傳輸。為了提高光通信的距離和可靠性，研究人員不斷探索新的技術(shù)和方法，如采用先進(jìn)的編碼和解碼技術(shù)、優(yōu)化光發(fā)射和接收裝置等。?
衛(wèi)星通信則在 AUV 浮出水面時(shí)，通過衛(wèi)星與地面控制站進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)長距離的信息傳輸和遠(yuǎn)程控制。衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣、通信容量大等優(yōu)點(diǎn)，但由于 AUV 需要浮出水面才能進(jìn)行通信，這在一定程度上限制了其應(yīng)用場(chǎng)景，且衛(wèi)星通信存在信號(hào)延遲、受天氣影響較大等問題。?
為了克服水下通信的困難，提高通信的可靠性和效率，研究人員正在積極探索新的通信技術(shù)和方法，如量子通信、基于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信等。量子通信利用量子糾纏和量子密鑰分發(fā)等原理，具有極高的安全性和通信速率，有望為水下通信帶來革命性的突破；基于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信則通過部署多個(gè)水下傳感器節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建水下通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn) AUV 與外界的信息交互，能夠有效提高通信的覆蓋范圍和可靠性。
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