深海滑翔機技術與應用現(xiàn)狀

俞建成，劉世杰，金文明，黃　琰

（中國科學院沈陽自動化研究所，遼寧沈陽 110016）

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深?；铏C技術與應用現(xiàn)狀

俞建成，劉世杰，金文明，黃琰

（中國科學院沈陽自動化研究所，遼寧沈陽 110016）

摘要:水下滑翔機是一種無外掛驅動、依靠自身浮力和姿態(tài)調(diào)節(jié)控制其運動的新型水下機器人，是一種逐漸成熟的適用于長時間、大范圍海洋環(huán)境觀測的新技術平臺。本文概述了深海滑翔機在動力、控制、通信以及探測方面的系統(tǒng)組成，介紹了國內(nèi)外水下滑翔機技術的發(fā)展和現(xiàn)狀，以及水下滑翔機應用的國內(nèi)外現(xiàn)狀。以中國科學院沈陽自動化研究所開發(fā)的Sea-Wing水下滑翔機為例，詳細闡述近年來國內(nèi)深?；铏C在平臺技術和科學應用上取得的成果。最后結合深?；铏C發(fā)展現(xiàn)狀，分析其核心技術及發(fā)展趨勢，展望深?；铏C未來在我國周邊海域觀測組網(wǎng)的應用前景。

關鍵詞:深海滑翔機；海洋探測；覆蓋觀測；水下機器人

引言

水下滑翔機（Autonomous Underwater Glider）是一種新型的海洋環(huán)境水下觀測平臺，它通過自身浮力的微小變化提供驅動力，配合水平翼的升力將垂直運動轉換為水平運動，采用內(nèi)置的姿態(tài)調(diào)整機構改變姿態(tài)以實現(xiàn)滑翔運動。其特殊的驅動及控制方式保證了其能耗小、噪聲低的特點，在國內(nèi)外都受到了極大的關注。1989年美國人Stommel提出了采用一種能夠在水下作滑翔運動的浮標進行海洋環(huán)境調(diào)查的設想，這就是水下滑翔機的最初概念。

21世紀，人類對海洋的探測和研究發(fā)展到了前所未有的高度。幾乎所有國家和地區(qū)的海洋政策都強調(diào)了人類對海洋管理、生命物種保護、海洋經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展和海洋科學研究的迫切需求。人們對海洋洋流、溫鹽特性的觀測和預報有利于高效安全的管理。傳統(tǒng)的海洋觀測手段，通常采用固定系泊設備和海面船進行采樣觀測。固定系泊雖然可以進行時變信息測量，卻不能解決空間尺度變化的觀測問題。作為傳統(tǒng)的核心觀測平臺，海面船雖然能夠觀測海洋特性，但卻存在運行成本昂貴以及缺乏持續(xù)觀測能力等缺點。衛(wèi)星可以高效完成海面觀測，但缺乏海洋垂向尺度的探測能力。垂面剖面信息相比于水平面信息，往往能反映出更多的海洋特性。

為克服傳統(tǒng)海洋觀測工具的缺陷，水下滑翔機技術得到了快速發(fā)展，現(xiàn)已成為常規(guī)的、可持續(xù)的、高分辨率海洋觀測平臺。水下滑翔機具有典型鋸齒狀剖面運動能力，水平速度可達0.7-1km/h，持續(xù)觀測時間一般長達幾個月，續(xù)航能力可達上千公里。水下滑翔機攜帶的傳感器可測量深度、溫度、鹽度和洋流等物理特性，以及多樣的浮游動植物等生物特性和溶解氧、硝酸鹽等在內(nèi)的重要化學特性。另外，水下滑翔機在國外許多海洋觀測計劃和實驗中有成熟應用的先例，實現(xiàn)了長達數(shù)月的持續(xù)采樣能力、安全可靠的近海岸巡航能力、極端天氣條件下的觀測能力，同時具有低成本特點。

1　深?；铏C系統(tǒng)組成

深?；铏C使用自身凈浮力作為驅動力，通過浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)地改變排水體積來調(diào)節(jié)載體自身浮力， 為載體提供上浮和下潛的動力。載體的姿態(tài)調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)機構的運動，改變系統(tǒng)重心與浮心的軸向相對位置，使系統(tǒng)具有一定的俯仰角，從而使其能夠保持一定的俯仰角進行上浮和下潛滑翔運動。深海滑翔機在正負浮力以及姿態(tài)調(diào)節(jié)的共同作用下通過滑翔翼板產(chǎn)生使載體水平和垂直運動的驅動力，并且能夠根據(jù)需要通過控制完成設定的滑翔周期。

相比較于浮標等觀測平臺，深海滑翔機在航向的可控性上有絕對的優(yōu)勢。當前的滑翔機系統(tǒng)的航行調(diào)節(jié)方式基本上可以分為兩種：第一種是通過改變整個載體的橫傾角來改變水下滑翔機的航向，一般通過旋轉一個不對稱的電池包來實現(xiàn)；第二種是通過轉向舵結構來實現(xiàn)轉向。

深?；铏C在水面漂浮時使用GPS接收器來確定當前位置，通過銥星通信系統(tǒng)來與岸基控制系統(tǒng)進行通信，將采集到的數(shù)據(jù)傳送回岸基系統(tǒng)，并且獲得下一周期的任務指令，獲得任務后，滑翔機重新下潛直到設定深度后上浮。兩次正常上浮到表面的時間間隔稱作一個滑翔周期，滑翔機在一個周期內(nèi)在空間上完成一個剖面。在下潛期間，除配有聲學裝置的水下滑翔機，一般不能與岸基取得通信聯(lián)系。載體控制系統(tǒng)采用姿態(tài)與深度的閉環(huán)控制來執(zhí)行預編程任務。在一些滑翔機的控制系統(tǒng)中還會執(zhí)行某種算法來預估滑翔機在水底的位置，比如航位推算法等。

深海滑翔機的天線（包括GPS和翼型等）通常集成在尾部一根長桿的頂端，通過控制滑翔在出水后的姿態(tài)將天線接收端最大限度地抬離水面，使得載體能夠與衛(wèi)星建立穩(wěn)定的通信。除了本身的位置、姿態(tài)和狀態(tài)等信息，滑翔機通過科學傳感器來收集海洋特征數(shù)據(jù)，搭載的典型的傳感器有溫、鹽、深傳感器（CTD）。根據(jù)具體科學任務的需求，已經(jīng)有多種測量各種海洋環(huán)境參數(shù)的傳感器搭載到滑翔機上，進一步拓寬了深?；铏C的工作能力。當然，傳感器的增多加大了采樣時間，數(shù)據(jù)的增多又意味著通信時間變長，這些都會導致更多的能量消耗而使得任務的執(zhí)行時間變短。

圖1　“海翼號”深?；铏C三維效果圖

圖2　電能Slocum、Seaglider和Spray水下滑翔機

中國科學院沈陽自動化研究所研制的“海翼號”深?；铏C［1］［2］的三維效果圖如圖1所示。“海翼號”本體采用模塊化設計，分為艏部艙段、姿態(tài)調(diào)節(jié)艙段、觀測艙段和尾部艙段等4個艙段。艏部艙段主要安裝電子羅盤TCM3、高度計和深度計；觀測艙段主要安裝CTD，可以根據(jù)需求定制擴展其他傳感器；姿態(tài)調(diào)節(jié)艙段安裝有俯仰調(diào)節(jié)裝置、橫滾調(diào)節(jié)裝置、載體控制單元等；尾部艙段安裝浮力調(diào)節(jié)裝置、應急處理單元、衛(wèi)星通信定位模塊、無線電通信模塊以及通信定位天線等。

2　深?；铏C技術現(xiàn)狀

2.1國外深?；铏C技術現(xiàn)狀

美國作為滑翔機技術的起源地和領軍者，自二十世紀90年代開始滑翔機的技術研究，目前滑翔機單體技術已經(jīng)非常成熟，具有Slocum［3］、Spray［4］和Seaglider［5］等多款滑翔機產(chǎn)品，如圖2所示，且產(chǎn)品的可靠性和實用化程度高，應用廣泛。

Slocum水下滑翔機按照浮力驅動系統(tǒng)的等級，已有30m、100m、200m、350m、1000m等多種系列，是當前應用最為廣泛的一款滑翔機產(chǎn)品。Seaglider水下滑翔機使用與海水壓縮率相似的材料作為耐壓殼體，可以有效的減小滑翔機的浮力改變量，更節(jié)省能源。Spray水下滑翔機是目前投入實際應用潛深最大的滑翔機，工作深度為1500m。

目前，這三種水下滑翔機已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)品化，分別由Webb Research、Kongsberg和Bluefin三家公司負責生產(chǎn)，并用于海洋觀測與資源開發(fā)中的復雜海洋環(huán)境下的各種水下觀測、水下作業(yè)等任務，是海洋觀測與資源開發(fā)系統(tǒng)裝備中的重要組成部分。

此外，法國、日本、加拿大、韓國、新西蘭等國家也先后開展了水下滑翔機研究與研制工作。2009年法國ACSA Underwater GPS 公司開發(fā)成功水下滑翔機SeaExplorer［6］，目前也已經(jīng)達到實用化和商品化。

為提高滑翔機的速度以及應對在較淺海域應用的難題，近年來，在海軍研究辦公室的資助下，美國Exocetus公司耗時6年先后研發(fā)了ANT littoral glider和Exocetus Coastal Glider。在6年中Exocetus公司共向美國海軍交付了18臺滑翔機，這些滑翔機共進行了4500小時的作業(yè)。Exocetus Coastal Glider的浮力系統(tǒng)容量可達5L，使得滑翔機運行速度很容易達到2節(jié)，與其他滑翔機比較，性能優(yōu)勢明顯。

隨著滑翔機的廣泛應用和使用需求的逐步深入，為提高滑翔機在較強海流下的抗流能力，混合推進水下滑翔機也逐漸成為當前的研究熱點和未來的重要發(fā)展方向。

2012年至今，針對美國Webb Research公司生產(chǎn)的Slocum水下滑翔機，加拿大The Memorial University of Newfoundland（MUN）、National Research Council Canada 和美國TWR的研究人員在其尾部加裝可折疊螺旋槳推進器［7］，以增強當前滑翔機在淺海運行的機動能力，拓展應用范圍和海域，如圖3所示。當需要推進運動時，滑翔機尾部螺旋槳展開，增加航行速度；需要滑翔運動時，尾部螺旋槳折疊，從而減少滑翔阻力。

法國ACSA公司、NURC（NATO Undersea Research Centre，北約水下研究中心）和ENSIETA學院等也成功研發(fā)了各自的混合推進水下滑翔機SeaExplorer、Folaga和Sterne。其中SeaExplorer結合水下聲學定位系統(tǒng)，能夠不浮出水面完成自定位，可用于長時海洋監(jiān)測和冰下測量。目前SeaExplorer也已經(jīng)實現(xiàn)商品化，得到一定程度的應用。

圖3　Slocum混合推進滑翔機

為突破滑翔機的深度極限，美國華盛頓大學海洋學院（University of Washington， School of Oceanography）研制了用于深海環(huán)境監(jiān)測的長航程水下滑翔機Deepglider［8］，其長度1.8m，重量62kg，設計深度為6000m，航程10000km，連續(xù)工作時間為18個月，可搭載溫度、鹽度和溶解氧等傳感器。3臺Deepglider于2011年在大西洋做了海試研究，最大下潛深度達到了5920m，航程總計275km。從2014年3月至今，研究人員又在百慕大海域布放了兩臺Deepglider滑翔機，對采集和發(fā)送數(shù)據(jù)情況進行進一步測試。

2.2國內(nèi)深?；铏C技術現(xiàn)狀

由于國外的技術封鎖，我國水下滑翔機均為自主研發(fā)，相關研究工作起步較晚。2003年中國科學院沈陽自動化研究所開展了與水下滑翔機相關的基礎研究工作，成功開發(fā)出了水下滑翔機原理樣機，并完成了湖上試驗。從2007年開始在國家863計劃的支持下，中國科學院沈陽自動化研究所開展了水下滑翔機樣機的研制工作，2008年研制成功我國水下滑翔試驗機樣機。2012年開始，由總參大氣環(huán)境研究所、天津大學、中科院沈陽自動化研究所、華中科技大學、中國海洋大學共同承擔“863計劃”項目“深?；铏C研制及海上試驗研究”，進行多型水下滑翔機的工程樣機開發(fā)，加速推進深?；铏C技術工程化，并研制出多種型號的深?；铏C樣機（如圖4所示）。中國科學院沈陽自動化研究所研制的水下滑翔機分為深海和淺海兩種類型，其技術指標如表1所示。

圖4　2014年3～4月滑翔機性能評估海試參試樣機

表1　水下滑翔機技術指標

在混合驅動和溫差能驅動等新型水下滑翔機的研究工作方面，我國尚處于探索階段。2005年，天津大學研制完成溫差能驅動水下滑翔機原理樣機，并成功進行了水域試驗［9］。此外，上海交通大學也對溫差能浮力驅動機理進行了研究［10］。天津大學在2009年研制了工作深度 500m，凈重130kg的混合推進水下滑翔機 Petrel，并做了湖域測試［11］。2013年和2014年，混合推進滑翔機Petrel-II也在我國南海進行了初步的混合推進測試，具備了一定的技術基礎。

近年來通過不斷的努力和發(fā)展，支撐滑翔機發(fā)展的主要關鍵技術都取得了較大進步，滑翔機單體技術逐漸成熟，具備了應用基礎。但是面向實際需求的滑翔機應用技術方面、多滑翔機編隊和組網(wǎng)技術研究方面，我國還未開展先期研究，在一些混合推進、海洋環(huán)境能源利用方面，我國也僅進行了初步研究，與國外先進水平仍存在較大差距。

3　深?；铏C技術應用

3.1國外深?；铏C技術應用

隨著水下滑翔機技術的不斷成熟、應用面不斷擴大，走在前列的滑翔機強國已經(jīng)由單機技術向滑翔機網(wǎng)絡轉換，而基于滑翔機網(wǎng)絡的觀測更能體現(xiàn)水下滑翔機的優(yōu)勢。國際上幾乎所有重要的海洋觀測系統(tǒng)和海洋觀測計劃中，都存在滑翔機編隊和網(wǎng)絡構建的研究任務和應用試驗。目前滑翔機觀測網(wǎng)已經(jīng)完成了多次示范，取得了顯著成果，顯示了滑翔機網(wǎng)絡在海洋監(jiān)測和探測方面的重要作用。

20世紀90年代開始，由美國海軍研究院資助的自主海洋采樣網(wǎng)（Autonomous Ocean SamplingNetwork，簡稱AOSN）啟動，實驗的目的是為了觀測大范圍近海和沿海區(qū)域內(nèi)，各種重要海洋特性和海洋現(xiàn)象。AOSN分別于2000年、2003年和2006年在美國蒙特利海灣進行了一系列的海洋觀測實驗［12-14］。實驗從驗證平臺的技術可行性到使用數(shù)臺滑翔機結合海洋模式協(xié)同進行了觀測，并且對多滑翔機的采樣策略進行了系統(tǒng)的優(yōu)化。通過ASAP試驗，多水下滑翔機作為分布式、移動的海洋參數(shù)自主采樣網(wǎng)絡，在海洋環(huán)境參數(shù)采樣中顯示了卓越的優(yōu)勢和廣闊前景。

美國海洋大氣署主持的跨系統(tǒng)聯(lián)邦計劃IOOS （Integrated Ocean Observing System）非常重視滑翔機在海洋觀測網(wǎng)中的作用。水下滑翔機網(wǎng)絡在IOOS中的典型應用主要有以下兩例：

1）應對突發(fā)事件。2010年4月20日美國墨西哥灣發(fā)生歷史上最嚴重的石油泄漏。在此次災難中，眾多組織、企業(yè)和研究院校志愿組織布放了多臺水下滑翔機對事發(fā)海域的溫度、鹽度和海流速度進行水下觀測，如圖5所示，為進一步確定泄露原油隨海流運動的方向提供了重要的數(shù)據(jù)支持。在本次事件中，充分體現(xiàn)了水下滑翔機單機平臺和多滑翔機網(wǎng)絡系統(tǒng)具有其他觀測設備無可比擬的優(yōu)越性，同時具備可靠的應急響應能力。

圖5?。ˋ）2010年4月21日墨西哥灣海上鉆井平臺燃燒圖片；（B）2010年4月28日漏油情況空中拍攝圖片；（C）水下滑翔機網(wǎng)絡觀測布放和運動軌跡

2）海洋特殊現(xiàn)象觀測。自2005年，南加州近海觀測系統(tǒng)SCCOOS（Southern California Coastal Ocean Observing System，IOOS子系統(tǒng)）在加利福尼亞南部海岸沿線布置滑翔機觀測網(wǎng)。該網(wǎng)絡通過采集海洋參數(shù)變化，研究其對內(nèi)陸造成的影響。該網(wǎng)共使用4臺Spray 水下滑翔機對南加州近海海域的溫度、鹽度、深度、葉綠素濃度和反向散射等參數(shù)進行采樣。自2010年起，墨西哥灣觀測系統(tǒng)GCOOS（The Gulf Coast Ocean Observing System，IOOS子系統(tǒng)）開始設計利用滑翔機網(wǎng)絡進行赤潮觀測。2012年秋季，GCOOS與南佛羅里達大學海洋科學學院和Mote海洋實驗室合作，在佛羅里達大陸架利用水下滑翔機編隊對Karenia brevis 藻類進行了觀測研究，觀測結果對研究?？寺鼘拥撞可嫌康纳仙魈匦跃哂兄匾饔谩?/p>

該計劃在 2014年1月提出正式的《U.S. IOOS? National Underwater Glider Network Plan》［15］，旨在搭建一個初步的滑翔機網(wǎng)絡，建立數(shù)據(jù)管理和傳輸中心，提高滑翔機編隊和數(shù)據(jù)管理能力。

由英國、法國、德國、意大利、西班牙和挪威等國家的科學家組成的歐洲滑翔觀測站EGO［16］（European Gliding Observatories Network，又稱Everyone’s Gliding Observatories Network），主要目的是研究如何協(xié)調(diào)組織滑翔機編隊實現(xiàn)全球性、區(qū)域性及近海岸等不同范圍內(nèi)的長期海洋觀測任務。自2005年至2014年4月底，EGO共布放了大約300臺次滑翔機執(zhí)行各種海洋觀測任務，滑翔機的布放如圖6所示。

圖6　EGSEX布放圖

ANFOG［17］（The Australian National Facility for Ocean Gliders）是澳大利亞IMOS綜合海洋觀測系統(tǒng)（Australia’s Integrated Marine Observing System）的子觀測網(wǎng)，負責水下滑翔機編隊的運行和維護。ANFOG的水下滑翔機編隊可用來對澳大利亞周邊海洋進行觀測，目前滑翔機編隊分布如圖7所示。2012年至2013年，ANFOG共布放了包括Seaglider和Slocum在內(nèi)的數(shù)十臺水下滑翔機，共計執(zhí)行超過150個調(diào)查任務。任務范圍覆蓋觀測海域溫度、鹽度、海洋酸化和氣候變異等，并完成了對大陸架海域的物理、化學、生物現(xiàn)象的觀測和預報。

圖7　澳大利亞近?；铏C觀測網(wǎng)絡布放圖

3.2　國內(nèi)深?；铏C技術應用

至2013年末，在各類科技計劃資助下，我國已經(jīng)開發(fā)出了多臺水下滑翔機的樣機，并進行了一系列湖試和海試研究，滑翔機技術有了長足的進步。隨著水下滑翔機關鍵技術的掌握，我們也邁上了滑翔機應用的軌道。

2014年，中科院沈陽自動化研究所研制的“海翼號”深?；铏C先后完成了3次海上試驗，滑翔機海上累計工作天數(shù)達到80天，累計航程達到2400多公里，累計觀測剖面數(shù)超過600個。多次海上試驗全面考核了沈陽自動化所研制的滑翔機系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，為后期的推廣應用打下了堅實基礎。

2014年9—10月，“海翼號”深海滑翔機在南海結束了為期一個多月的海上試驗，完成了多滑翔機同步區(qū)域覆蓋觀測試驗和長航程觀測試驗。在長航程試驗中，滑翔機海上總航程突破1000公里，達到1022.5公里，持續(xù)時間達到30天，獲得229個1000米深剖面觀測數(shù)據(jù)，本次實驗中水下滑翔機的路徑如圖8所示。隨后的實驗數(shù)據(jù)處理發(fā)現(xiàn)［18］，在這次實驗區(qū)域發(fā)生了兩次海洋上層水體混合層變冷的現(xiàn)象，第一次水體變冷發(fā)生在水面下1m處，此處的溫度與水面相差將近1℃，根據(jù)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)顯示，發(fā)生水體冷卻的海面局部風速達到了4.2m/s。第二次是在4天里溫度變化了1.7℃，衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示整個南海北部的風速達到了7m/s，同時混合層的深度激增到了30-60m?；铏C的高精度數(shù)據(jù)為定量分析混合層冷卻的原因提供了強有力的支持。

圖8　水下滑翔機南海長航程試驗觀測軌跡

2015年3—4月，“海翼號”深海滑翔機在南海北部開展南海邊界流觀測應用（如圖9所示），分別布放了1臺淺海滑翔機和1臺深?；铏C。淺海滑翔機按照設定觀測路徑連續(xù)工作7天，獲得了145個300米深剖面觀測數(shù)據(jù)，航行距離180多公里；深海滑翔機按照設定觀測路徑連續(xù)工作25天，獲得167個1000米剖面觀測數(shù)據(jù)，航行距離740多公里。

圖9　水下滑翔機2015年3—4月南海邊界流觀測軌跡

在2015年4月的“海翼號”深?；铏C實驗中，滑翔機提供的高精度水下0—1000m的溫鹽數(shù)據(jù)幫助科學家系統(tǒng)地分析了存在于南海北部的一個反氣旋渦場的垂直結構（圖10），定量地得到了渦場在水下的溫度和鹽度奇異值，以及渦場在水下部分的旋轉速度。通過水團的分析確定該渦場來源于在臺灣西南部脫離的黑潮水。

圖10　衛(wèi)星高度圖顯示的渦場隨時間的變化，紅色線段為滑翔機的軌跡

4　深?；铏C技術發(fā)展趨勢

當前在世界范圍內(nèi)，滑翔機的單機技術已經(jīng)成熟，美國、法國均有多型滑翔機產(chǎn)品，實用性和可靠性通過大量的實際應用試驗得到了充分驗證。根據(jù)美國、澳大利亞、歐洲等國家和地區(qū)當前技術發(fā)展和研究熱點分析，未來滑翔機的發(fā)展趨勢主要集中在以下幾個方面：

1）滑翔機單機技術成熟，拓展應用是其研究熱點之一。當前在美國和法國，已經(jīng)成功跨過滑翔機可靠性和工程化階段，主要研究熱點集中在通過裝載和集成不同種類的傳感器，拓展滑翔機的應用價值。水下滑翔機的功能很大程度上依賴于搭載的傳感器，由于水下滑翔機本身重量和能耗的限制，其搭載的傳感器受外形大小、海流干擾的限制，同時傳感器在重量和能耗方面也具有嚴格的要求。針對滑翔機的使用條件，有些在傳感器的體積、重量和能耗方面進行了專門的開發(fā)和改進，以實現(xiàn)與滑翔機的有效集成；有些則對滑翔機平臺進行改進，以適于傳感器的測量。

2）滑翔機觀測網(wǎng)功能強大，編隊與組網(wǎng)是重要發(fā)展方向。滑翔機網(wǎng)絡大大擴展了單機探測的覆蓋區(qū)域，同時可提供時變的次表層海洋物理、化學、生物、光學數(shù)據(jù)信息。鑒于滑翔機編隊和組網(wǎng)能夠有效拓展單機能力，具有更大的應用價值，是當前的研究熱點和重要發(fā)展方向，各海洋強國均在大力發(fā)展相關技術。

3）混合推進滑翔機，當前技術發(fā)展新趨勢。在強海流區(qū)，由于滑翔機運動速度慢（典型運動速度0.5knot），無法實現(xiàn)預定的航跡；同時由于滑翔機剖面運動形式固定，無法滿足多樣的海洋科學任務需求。為此，在美國、法國、加拿大等國，開展了螺旋槳推進與浮力驅動相結合的混合推進型滑翔機，以彌補當前滑翔機的不足，并取得了良好的應用效果。

4）特種滑翔機形式多樣，在前沿技術上逐漸探索。在常規(guī)滑翔機之外，美國也開展了特殊滑翔機平臺的研究，比較有代表性的為利用海洋環(huán)境能源驅動的滑翔機系統(tǒng)，包括利用海洋波浪能的波浪滑翔機、利用海洋溫差能的溫差能滑翔機等。當前波浪滑翔機已經(jīng)達到實用水平，溫差能滑翔機也開展了多次應用研究，顯示了良好的應用前景。同時，美國軍方結合滑翔機的聲學應用，也開展了聲學滑翔機XRay和ZRay的技術研究。此外，在極限潛深滑翔機、仿生滑翔機等方面，也有科研人員開展了先期研究，也是滑翔機技術的重要發(fā)展方向。

5　結束語

經(jīng)過20多年的發(fā)展，深?；铏C技術已經(jīng)成熟，基于滑翔機的海洋觀測應用也越來越廣泛，全球幾乎所有的大型海洋觀測系統(tǒng)都使用過或正在使用水下滑翔機作為觀測的重要成員。歐美國家和地區(qū)已經(jīng)提出了用滑翔機覆蓋全球海洋的宏大計劃，水下滑翔機的應用將繼續(xù)擴大。近些年，在國家的強力支持下，我國已經(jīng)掌握了水下滑翔機的核心技術，開發(fā)了多種水下滑翔機樣機，開展了多次湖試和海試。在滑翔機的應用和組網(wǎng)觀測方面，我國正在進行積極的探索和有力的開展，水下滑翔機也將為我國周邊海域的觀測做出更多的貢獻。

參考文獻

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The Present State of Deep-sea Underwater Glider Technologies and Applications

Yu Jiancheng， Liu Shijie， Jin Wenming， Huang Yan
（Shenyang Institute of Automation， CAS， Shenyang 110016， China）

Abstract:Underwater gliders are a new type of underwater robots which are buoyancy-driven， moving up and down in the ocean without propeller system， so they tend to be applied to conduct marine environmental observations within long-time and large-range dimensions. In this paper， we give an overview of the system components of deep-sea underwater gliders on power， control， communication and detection， and also introduce the development and present state of deep-sea underwater glider technologies and applications in china and abroad. Taking Sea-Wing underwater gliders developed by Shenyang Institute of Automation as an example， we elaborate on the achievements on the platform technologies and scientific applications of deep-sea underwater gliders in recent years. Finally， combining with the present state of deep-sea underwater gliders， we analyze the core technologies and development tendencies， and we believe that deep-sea underwater gliders will have wide application and bright foreground in observation and networking in the waters surrounding our country in the near future.

Keywords:deep-sea underwater gliders； marine detection； covering observation； underwater vehicles

中圖分類號：P72

文獻標識碼：A

文章編號：1674-4969（2016）02-0208-09

DOI：10.3724/SP.J.1224.2016.00208

收稿日期：2016-01-12； 修回日期： 2016-03-16

基金項目：中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項，7000米級深?；铏C（XDB06040200）；國家自然科學基金，水下機器人海洋環(huán)境自主觀測理論與技術（61233013）

作者簡介：俞建成（1976-），男，博士，研究員，研究方向為水下機器人技術。E-mail: yjc@sia.cn