海洋的环境立体监测技术海底滑翔器高技术的研究发展计划专题课题申请书.doc

课题类型：??目标导向类 申请受理编号：?x 国家高技术研究发展计划 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： x 依托单位： x 3.1、课题简介（简要说明课题的目的意义、主要研究内容、预期目标等，字数要求1000字以内） 3.1.1目的意义 自持式水下滑翔器（Autonomous Underwater Glider，简称水下滑翔器）是国外正在发展的一种新型水下移动观测平台，配置相应的海洋测量传感器，与无线通讯和卫星定位系统相结合，构成水下滑翔器测量系统。其功能介于自持式剖面循环探测浮标（Argo）和水下自主航行器(AUV)之间。其特点：①通过浮力驱动单元、水平翼及姿态调整，可进行剖面观测；②利用卫星等通讯手段，可获得全天候观测、准实时数据传输、更换作业程序等能力；③无螺旋桨驱动，噪声小，适于军事海洋观测、侦听等目的；④功耗低、作业寿命长达数月、航程一般在千公里级；⑤成本低，可执行灭雷等海上军事任务。鉴于水下滑翔器的特点，发达海洋国家竞相发展水下滑翔器技术，如美国开发了Spray、 Seaglider、 SLOCUM三种水下滑翔器，并应用于长期生态观测站(LEO-15)等水下现场观测。水下滑翔器测量系统已成为当今海洋环境监测领域标志性技术之一。 本申请符合863项目指南要求。研究成果将使我国水下滑翔器技术跻身世界先进行列。经产品开发后，将显著提高我国海洋立体监测水平和能力，对开发海洋资源、维护海洋权益具有重大战略意义。 3.1.2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，水动力学模型与物模试验，水下滑翔器外形及结构优化设计。 （2） 高效浮力驱动技术研究与实现：不同海洋环境下浮力变化与滑翔运动性能的关系研究，浮力驱动模块的参数优化、设计及工艺研究。 （3） 滑翔运动与姿态控制单元研究和设计：滑翔动力学行为分析、控制策略与算法研究，姿态调整机构设计，作业程序远程控制技术研究。 （4） 导航、定位与双向通讯技术应用研究：航行轨迹规划与导航策略研究，通讯数据传输质量保证，相应模块的软、硬件设计。 （5） 海洋环境参数测量单元研制：温盐深测量模块布局优化，数据采集、存储、通讯模块设计。 （6） 能源供应与辅助单元设计：电源模块设计与管理，应急处理模块及回收装置设计。 （7） 水下滑翔器测量系统性能测试与海上试验。 3.1.3预期目标 （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。? 3.2、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置以调整姿态，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 Seaglider Spray 电动SLOCUM 外形尺寸 （长度直径） 3.3m 30cm 2.0m 20cm 2.15m 21cm 质量 52 kg 51