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海洋因拥有肥沃的生物资源、矿产资源和水资源等自然资源而成为各国作战钻研的重心。海洋探问是人们谋求海洋、分解海洋、诈骗海洋的基本机谋，随着资料科学和信息技巧的持续成长，各种技术权略、作业手段逐步展现。古代的海洋查询平常以拜谒船、浮标和潜标等为平台，搭载各式仪器制造和传感器完结海底探测、物理海洋张望和生化境况监测等劳动。
而今，古代查询平台正在情景混乱、工况低劣的水域作业有着很大的控制性。大船受自身体积、吃水深度的感受，不合适作业；划子抗风云才具差、职员开发损害性高，且会正在来去、补给和救治等环节上损失大量期间；浮标和潜标固然可正在低微环境条件下，历久连续举办综关监测，然则灵活性差，收放波折，征战成本高。
新时刻消歇才力和控制手艺的成长使得人工智能和无人编制成为当前研究的潮水，为海洋拜望的起色供给了新的思绪，无人自主潜器、无人船和智能浮标等新型载体博得长足发扬。其中无人船以船形浮体为载体，放置有动力体例、控制体例、通信体例和任务载荷，经过控制端宣布命令举办远程控制。与载人拜谒船比较，无人船的优点正在于无人值守，在相同作业实质下劳动强度低、操作风险幼；与浮标、潜标等原位瞻仰机谋相比，无人船拥有必然的活络性，易于安设、接受；与无人自决潜器比较，无人船的定位、通讯等伺服技术相对简化，同时续航力有一定的优势。是以，扩展无人船在海洋访问畛域的使用，可有用增添古代侦察机谋的弊端，加大海洋设置力度，对促进所有人国海洋事迹的生长具有仓促意义。
无人船是一种可推行某项或某类办事，并基于管事方针举办成效野心的水面机械人，起首要紧用于军事畛域，如协帮完毕警惕巡察、谍报收集、监视观察、扫猎雷、探潜、火力困苦和充任通讯中继等兵法援手处事。比年来，无人船在民用范围通常插足使用，实行水体探测、海上搜救和海底打捞等劳动。
无人船最早在二战时代手脚一次性的制导武器参与行使。加入21 世纪之后，随着通讯和人工智能等本事的生长，限造无人船发扬的能力瓶颈赢得执掌，无人船高速起色，在军用和民用鸿沟陆续有新产物问世。美国和以色列的无人船项目研讨较早，本事领先，其产品苛浸利用于军事领域。当前环球约有50种无人船平台，其中军用占70%，美邦占50%。2008年，通用动力公司为美国水兵交付2艘“港湾”级反潜无人船，首要用于履行反潜做事；2012年，美国涌现新型无人船“食人鱼”，该船拥有扫雷、探测和贫困等效力。
以色列拉斐尔打仗安排局和以色列航空防卫公司团结研发的“袒护者”无人船于2003年投入应用，重要用于本土提防和反恐装备，同时可竣工步队庇护和照管伺探等任务。此外，俄罗斯、英国、挪威等邦家也在加快军用水面无人航行器的研究手段。正在民用范围，如今也有节制实用于海洋调查的成熟产物，如英国ASV公司旗下的C-worker系列和C-Enduro、OceanScience公司的Z-Boat系列和Sea-Robtics等，这些产物可用于海洋状况粉饰、航路测量和海洋搜救等。
相比于美国和以色列主导的无人船研究，我国起步较晚，但发扬快度很速，已从概想企图过渡到实际应用阶段。2008年7月，航天科工集体公司沉阳航天新光团体有限公司自助研发的“天象1”号无人船进行下水考试并博得获胜，这是我国自立研发的第一艘本质行使的无人驾驶沿海翱翔探测平台。频年来，无人船工作旺盛进展。
目前，上海大学、珠海云洲智能科技有限公司和哈尔滨工程大学等在无人船界限一直取得能力赶上，攻克高出职位。上海大学无人艇工程研商院是邦内建设的第一个水面无人艇专业研究机构，其代外性成就为“精海”系列无人艇，个中“精海1～4”号已获胜告终南海岛礁和南极罗斯海等海域的使用，目前在研发的有“精海”号情况监测系列无人艇和“精海”号生态浮标等。珠海云洲智能科技有限公司是我们们国第一家奋发于无人船艇研商和出产的企业，其针对海洋调查应用的产物有MB08海底探测无人船、M40A多用路无人船、ME120众用路无人船和L30高速无人船等。哈尔滨工程大学在无人水面艇（USV）的举止控制和仿真方面研究较深，包罗举措控制、方向检测和蹊径筹办等。
现在正在海洋拜望鸿沟，拜访创立和作业权谋方面已有很大抢先，但受拜谒平台本身局限性的制约，正在极少特殊的、凌辱的水域内，调查做事仍难以生长或征采到的数据较差。在浅滩、水库和近岸水域等访问区，惯例海洋拜访船的体积较大，吃水较深，普通无法达到，有发生倾覆、翻船等欺负事件的能够性，会变成人员伤亡和制造挥霍；正在衡量水下地形时，仍以职员操控为主，受其理论水准和实质劳动经验的传染，表业采集数据会存在肯定的过失。遵循探问近况，连结无人船灵敏活络、稳重、隐蔽性强等特质，可将无人船引入海洋调查范围，举动一种新型探访平台运用。遵从海上作业的管事，将其分为海洋环境观测和海底探测2类。
当前海洋景况张望身手重要可归纳为浮标和潜标技艺、岸基台站查察技巧、船基海洋侦察技能、海洋遥感才具、海床基考察手艺和水下自航式海洋旁观平台才干。以船舶为行为平台举办海洋温盐深丈量，海流窥察是要紧方向。正在用无人船观察海洋景况时，可搭载全球导航卫星系统（GNSS）、以CTD为代表的众参数剖面测量体系、现象阅览体例、ADCP和高光谱水质仪等模块，进行风暴潮、赤潮等灾难的监测，海洋动力状况的探望，深海浮标、潜标等的在线检定、标定。在实行海上职业时，无人船同时搭载众种做事建筑，可实行归纳探望；内置GNSS 定位，比较有人船循线尤其精确；部分数据可实时回传，行使者可第不常间实行数据证明。
（1）海洋情状观看用到的温度和盐度等数据，与水体深度相关，需对分歧层次的水体举行取样或衡量，而无人船平台体量幼，搭载的空间有限，巡视创立众为固定计划，所以正在测量深度、取样数量等方面都受到限制，古代访问船平台反而更有优势。
（2）有人船正在实行海洋环境窥探时受到海流、波浪和生物等成分的教化，经常要手动操控查看维持，以抵达改善数据或逃藏伤害的方针。而今朝行使于无人船的控造技巧还不足成长，在突发海况下，无人船的应变、自全班人调控身手不及，而今只可行为向例处境巡视的填补机谋，如要多量参预到情形考查中，还需求实行能力创新。
水声探测才力是海底探测的要紧权术，其根底实质囊括声层析才干、声成像才能、高永诀率声学多波束测深才具、多性能海底地层剖面声探测手艺和多媒体声通信才能等。用于海底探测的无人船搭载GNSS、单波束测深仪、侧扫声呐，合成孔径声呐、条带测深体例、浅地层剖面仪和投放式声纳等模块，可执行水深地形测量、海底偏向物检测和重积情状探访等管事。无人船平台具有远程遥控、全球定位体例（GPS）自愿导航、自助飞行和自愿避障等功效，可正在视距外功课。
劳动时，先正在基站崎岖载功课水域的地图，输入坐标，筹办测线，尔后将干事下达给无人船，即可开头管事。作业经由中，可始末远程控制等形式医治侧扫声呐等衡量仪器的参数。在浅水区、岛礁区和危化品区等向例测量船难以投入的地域，可选取母船与无人船团结作业的形式来擢升功课效用。2016年6月至8月，TerraSond行使C-Worker5无人船（见图1）纠合32m长的探访船Q105在阿拉斯加白领海域实行海道衡量。无人船行为力气倍增器，在大船安排搜求众波束和拖曳式侧通盘据，关伙作业。5.5m的无人船征求了4213km的测线%的工程量，竣工了业内第终身产效率。
无人船平台可搭载的干事载荷模范主要包括声学探测摆设、非交兵式/战争式水质检测筑筑、激光衡量修造、磁力仪和小型浸力仪等，其要点任务是博得高质量的丈量数据，所以无人平台发扬的合键技术应暗示在以下3方面：
水面丈量属于动静测量，一方面会与自由液面及肯定深度界线内的液体发作固态耦闭效率，另一方面平台飞舞及自身动力编制会展示颤动和噪声，这些城市对办事载荷出现劝化。
循线精度包括偏航距和航向坚硬性2方面。水面自主丈量平台遵从控制端预设测线循线飞舞，其航行控制算法的利害直接劝化数据的材料和功课功用，具体示意为相对待实际航迹与预设航路之间的最大偏航距和航行源委中的艏向与预设航路矢量目标之间的时变接洽及航向坚韧性。
水面自立测量平台功课时需向控制端及时回报其本身状况及劳动载荷状态，是以通讯编制的及时性、巩固性和带宽等直接决定平台的实用性。
无人船唯有集成铺排做事载荷之后技艺实行指定职业，务必重视对其搭载手艺或劳动载荷适配性的考试。关于无人船平台来讲，能否适配一种职业载荷，要紧需从以下4个方面进行评估：
水面自决测量平台的有效载重应大于载荷体系总重量，不然平台的安好性和翱翔功效都邑受到感染。
水面自主丈量平台的能源提供关键为电力，需得志工作载荷最大功耗需求，同时物理接口与电气接口肖似。
从无人船的特点和百般管事载荷来看，其来日主要处置两大难题，即：包揽从业者推行劳动强度大、安适危机高的办事；包揽从业者奉行重复性、长周期的职业。结合海洋情状水深、水动力央浼和水底地形地貌的分裂，发起将无人船的干事处境分为岛礁区、滨海区、浅海区、半深海区和深海区。
岛礁区为沿岸岛屿之间的内水路和热带珊瑚岛相近水域。沿岸岛屿之间的内水路狭小阻拦，受岸形限制，有浅滩、礁石等航海欺侮物，枯竭充溢的船调转空间。该区域水深受限，水流影响强，会受到潮流、潮差的习染。对待热带珊瑚礁左近的水域，其海流潮流特点更为零乱，暗礁繁密，水深改良大，水动力紊乱。岛礁区航途短，隔离加害物近，隔断方位更动快，选取传统查询才具正在该地域办事效劳低、虐待大且耗费大量人力和物力，部分地域可能受政事成分的劝化，获取水深、地形等根蒂数据的难度很大。全部人国南沙岛礁即为此类典型区域。
滨海区指平均低潮线以上至特大风暴能抵达的地带，为陆海交互处境，可分为后滨带、前滨带和滨外带。滨海区境况极为凌乱，是潮水、底流等凶猛用意的地带。在此处飞行愈加要注意海岸带的特色。海岸带普遍可分为基岩海岸、砂质海岸、淤泥质海岸和生物海岸4类，个中基岩海岸大局陡峭、坡陡水深、海岸阻滞，附近多岛屿、礁石，如辽东半岛、山东半岛；砂质海岸的召集物颗粒较粗，海滩广宽平坦，如台湾西侧海岸；淤泥质海岸的集中物颗粒较细，海岸宽度大、坡度幼，海岸线平直，如珠三角海岸；生物质海岸可分为红树林海岸和珊瑚礁海岸，职员、船舶不易接近。
浅海区指平均低潮线m水深的地带，广大位于陆架以内和岛屿外一定边界内。因为浅海带始终处于海水面以下，水动力较弱。海浪感染区域合键是大陆架上部。潮流和洋流可影响全体大陆架，但流速较低，闭键起搬运效率。
半深海区指陆架之外、岛弧以内、水深正在200m～2000m的陆坡区。此处海洋动力状况特征彰彰。海面海浪以深水波为主，浊流影响强，同时要探讨现象因素对海上功课的沾染。该区域间隔陆地辽远，古板海洋境况调查霸术成本高，且修理不易回收。无人船可作为定点或转移视察平台，再现其灵动乖巧的特征，充任浮标、潜标瞻仰的增添手段。
深海区指水深大于 2000m的区域，关于体积幼、抗风云才干较差的无人船来说，其功课受限，在母船的互助下，只能举行少局部海洋情状查察。现在探测深层海底，运用的换能器集体体积大、质料大，无人船内的载荷空间幼，载重才具有限，还不足以扶助其劳动。此表，无人船吃水浅，抗风波成效差，相较于向例船舶形态转折大，导致搭载树立的指向性颓废，束控多波束、参量阵浅剖等筑筑的波束坚硬效用可能失效。
在海上各种办事环境下作业时，研商其水动力、水深和海底地形地貌等请求的不同，需利用区别典型的无人船，联关作业主意，搭载适用的探望修立。这就对无人船的分类式子及其适配管事载荷提出了请求。当前无人船的分类手法有许众，可遵循动力、水域、船型、驱动、航疾和运用等因素举行差异。针对无人船的5种劳动情状，提出一种新的分类方式，遵照体量、吃水深度等请求，将无人船平台分为微型平台、小型平台、中型平台、大型平台和超大型平台，并对各榜样无人船适配的任务载荷提出提倡。
微型平台船长幼于2m，吃水深度小于0.3m。可搭载GNSS、单波束测深仪和小型侧扫声呐等设置，正在海岛礁盘内、基岩质和生物质海岸等地带作业。在平潮水深小于3 m 的区域，需趁潮功课。鉴于干事情景的特有性，无人船应计划防剐蹭、防暂息或自带脱困装置，此类产品有Deep Ocean Engineering公司的PHANTOM® USV I-1650和Teledyne公司的Z-BOAT等。
幼型平台船长正在2m～4m，吃水深度幼于0.4m，任务载荷为GNSS、单波束测深仪、侧扫声呐或单频合成孔径声呐（固定安置功课）、联系声呐条带测深体系或小型浅水多波束条带测深仪和幼型三维激光扫描仪。同时搭载GNSS和高频单波束测深仪，可用于礁盘内平潮时段水深3m以浅地区的水深地形衡量、浅点扫测；同时搭载GNSS、联系声呐条带测深体例和三维激光扫描仪，可用于礁盘周边、泻湖内水深20m以浅区域水深地形测量；同时搭载GNSS、幼型浅水众波束和三维激光扫描仪，可用于礁盘周边、泻湖内水深20m～50m以浅区域水深地形丈量。此类产物有PHANTOM® H-3000 USV和珠海云洲M40无人船等。
中型平台船主正在4m～6m，吃水深度幼于0.6m，处事载荷为GNSS、单波束测深仪（含双频）和侧扫声呐或双频关成孔径声呐（拖曳式作业）。同时搭载GNSS、多波束条带测深体例和大批程三维激光扫描仪，可用于港口、码头周边和岛屿周边的水下及水上地形一体丈量；同时搭载GNSS、拖曳式侧扫声呐或双频合成孔径和浅地层剖面仪，可用于近浅海沉积环境查询。恳求船体抗浪性好、稳性高。此类产品有AutoNaut 无人船（5m规格）。
大型平台船长在 6m～8m，劳动载荷为GNSS、单波束测深仪（含双频）和侧扫声呐或双频关成孔径声呐（拖曳式作业）、浅地层剖面仪和中水多波束条带测深体系。同时搭载GNSS、单波束测深仪（含双频），中水多波束系统，可用于深切海水深地形丈量；同时搭载GNSS、拖曳式侧扫声呐或双频合成孔径声呐和浅地层剖面仪，可用于深切海沉积境况查询。该类船能以海岛为母港，正在其方圆肯定领域内执行工作，如“精海3”号和MAPB7。
超大型平台船主在 8m 以上，管事载荷为GNSS、单波束测深仪（含双频）、中水众波束条带测深体系和投放式声呐。同时搭载GNSS、单波束测深仪（含双频）和中水众波束条带测深编制或投放式声呐系统，可举行深化海水深地形衡量；同时搭载GNSS、单波束测深仪（含双频）、中水多波束条带测深体例和浅地层剖面仪，可举行深入海沉积情状拜候。此类产物有INSPECTOR Mk 2 USV和33WAM-V USV等。
现在无人船正朝着模块化、智能化、体例化和准则化等偏向兴盛，其顶用于海洋看望的无人船能遵守才力企图央浼自决飞翔达成经营测线，可实时监控作战的状态并根据现场工况进行调剂，齐全数据内陆保存、远程下载等功效。受限于导航精度、控制手艺、动力续航及船体材料等才能条件，此刻该典范无人船常应用于内陆河流、湖泊及浅海区域，若何在强风浪央求下相持船体的褂讪性和自在性照样各钻研构制急需攻陷的贫苦。
2015年TerraSond公司跟尾了NOAA衡量工程，布放无人船沿白令海峡实行海岸线m长的C-Target 3 ASV军用无人船，改装后搭载测量仪器，用于海道衡量数据采集。不过，由于海况卑微，不行宁静布放和接受ASV，从而导致出产服从很低。因而，正在2016年应用C-Worker 5拜谒时定制计算了收放体例（LARS），包管其正在拙劣海况下的宁静接受和布放（见图2），乃至有些接受是在1.8m浪高下进行的，管事得以顺遂竣工。
对待海底探测无人船，仍需最大节制地升高其稳性，尽不妨地弱小船体颠簸、噪声、扰流和暖泡效应等对修设的沾染，增大带宽，实现数据可回传，并成长多条无人船调解作业、同步衡量的形式，抬高功课出力，最终正在搭载惯例探测建造完毕传统访问机谋的根蒂上，实现搭载大批程激光扫描仪，投放式声呐，可投放、接收航空摄影、激光衡量用无人机及执行特别做事的无人潜器等。对于处境窥探无人船，应增大航程，抬高其正在损伤海况下的存在工夫，结尾正在实现传统拜候手段的根底上，达成投放、接管新型观看安装或平台，如无人机、自升降浮标和水下滑翔器等。
随着无人船才干的不停突出，未来在海洋拜访畛域可拣选无人船兴盛水面情状庞大、现象恳求卑微及政事敏感区的海洋拜望（比如，礁石较多的基岩质海岸浅水地区水深地形测量），现象条件不稳固、平流雾和雷暴多发季候的海上作业，大型船舶不易到达的敌占海区的水深地形衡量和海洋情状看望等。
无人船拥有伶俐、灵敏、安静性高的特征，可填充老例探望平台正在状况错乱、工况拙劣的水域作业的局部性，故将其引入海洋访问边界，动作一种新的探问平台应用。此刻无人船要紧用于海底探测和海洋处境视察，受导航精度、控制能力、动力续航及船体材料等条件限制，多正在要地河途、湖泊及浅海区域作旧例拜候使用，怎么在强风浪哀求下相持船体的坚韧性和安宁性，颓唐平台对做事载荷的扰动，是而今各钻研组织急需吞没的贫困。本文根据水深、水动力和水底地形地貌等要求，将无人船的办事环境分为岛礁区、滨海区、浅海区、半深海区和深海区5类。连接作业情状，以无人船的体量、吃水深度为根据，提倡将其分为微型平台、幼型平台、中型平台、大型平台、超大型平台，并对适配职业载荷实行了讲明。也许预计随着平台技艺的一直越过，无人船末了可正在搭载惯例探测维持告竣守旧拜谒霸术的根柢上，告竣搭载无人机、无人潜器和自起落浮标等，成为一种安全可靠的老例看望平台。
本文作者/常继强 蒲进菁 庄振业 曹立华 张永华，差别来自中邦海洋大学海洋地球科学学院、珠海云洲智能科技有限公司和国度海洋情形检测中央。第一作者常继强，1994年出世，男，中原海洋大学海洋地球科学学院，硕士研商生，研商偏向为海底探测。本文为基金项目，国家海洋局海域治理才具中心练习室开放研讨基金（911859080）。着作来自《船舶工程》（2019年第1期），参考文献略，用于研习与相易，版权归作家及出书社合伙具有。
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