Technology and Applications of Autonomous Underwater Vehicles pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Griffiths, Gwyn 编

出品人:

页数:368

译者:

出版时间:2002-11

价格:$ 316.34

装帧:HRD

isbn号码:9780415301541

丛书系列:

图书标签:

• Autonomous Underwater Vehicles
• AUV
• Robotics
• Marine Technology
• Underwater Robotics
• Ocean Engineering
• Remote Sensing
• Subsea Technology
• Automation
• Hydrodynamics

好的，以下是一本名为《深海探索：现代水下机器人技术与前沿应用》的图书简介，它不包含《Technology and Applications of Autonomous Underwater Vehicles》中的具体内容，而是聚焦于更广泛的深海技术、仿生学、先进传感与水下通信等领域。 --- 深海探索：现代水下机器人技术与前沿应用 图书导言：人类对深海未知的永恒追问 海洋，覆盖地球表面超过百分之七十的广袤水域，依旧是人类探索的最后疆界。从波澜壮阔的洋流动力学到幽暗深渊中奇特的生命形态，再到隐藏在海底沉积物下的矿产资源和历史遗迹，深海蕴藏着巨大的科学价值和潜在的经济利益。然而，严苛的物理环境——极高的静水压力、绝对的黑暗、低温以及复杂的水文条件——使得人类的直接干预极为困难。进入二十一世纪，我们正站在一个技术变革的十字路口：如何更高效、更安全、更深入地探索这片蓝色疆域？ 本书《深海探索：现代水下机器人技术与前沿应用》旨在系统性地梳理和展望当前驱动深海探测革命的核心技术体系。我们不专注于单一的自治水下航行器（AUV）平台设计，而是将视角拓宽至支撑整个深海作业生态系统的关键技术栈，包括仿生学驱动的运动系统、超高压环境下的材料科学、跨介质的实时通信网络构建，以及面向复杂任务的智能决策支持系统。本书的目标读者是海洋工程专业人士、深海科学研究人员、机器人技术开发者以及对未来海洋探索充满热情的工程师和学生。 第一部分：深海环境适应性与材料革命 深海环境的挑战性无以复加。超过数千米的深度意味着数千倍于海平面的压力，这对任何进入该领域的硬件都是极限考验。本部分深入探讨了材料科学如何为深海作业提供基础保障。 第一章：极端压力下的结构完整性与材料选型 本章详细分析了不同深度下静水压力的分布规律及其对传统结构材料（如钢、铝合金）的应力影响模型。重点讨论了高强度陶瓷复合材料、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维增强材料在耐压壳体与缆绳制造中的应用潜力与局限性。我们不仅关注静态抗压能力，还探讨了材料在长期疲劳载荷、温度骤变以及微生物腐蚀下的长期可靠性评估方法。特别辟出章节讨论了气凝胶和高孔隙率材料在深海浮力介质（如深潜器浮力块）中的优化设计，以实现高承载比下的轻量化目标。 第二章：深海能源存储与热管理 深海任务的持续时间往往受限于能源供应。本部分抛弃了传统的铅酸电池系统，转而关注下一代高能量密度存储方案。深入剖析了固态锂离子电池、液流电池以及热能转换技术在深水平台上的集成挑战。我们着重探讨了在接近冰点的水温下如何维持电池的最佳工作温度，包括主动热泵系统与被动隔热结构的流体力学与热力学耦合分析。此外，还对深海原位能源捕获技术，如海底热液能梯度利用的初步概念进行了理论探讨。 第二部分：仿生驱动与高效推进系统 传统的螺旋桨推进器在需要精细机动性或对环境干扰要求极低的场合存在显著不足。本部分聚焦于模仿海洋生物的运动机制，以实现更高能效和更安静的潜水作业。 第三章：仿生学在水下运动中的应用原理 本章详述了鱼类、水母和海洋哺乳动物的推进原理在工程学上的转化。详细分析了波动鳍（Undulatory and Oscillatory Fins）的工作机理，并利用计算流体力学（CFD）模拟了不同鳍面材料（如柔性聚合物）对推力产生效率和噪声特性的影响。特别关注了如何通过形态发生（Morphing Structures）技术，使单个推进器能够在不同水流速度下动态调整其几何形状，以适应巡航与悬停的不同需求。 第四章：超静音与高精度定位推进技术 在生物声学监测和敏感生态系统考察中，推进系统的噪声是首要的干扰源。本章聚焦于磁流体推进器（Magnetohydrodynamic Thrusters）的理论可行性分析及其在低速、高精度定位任务中的应用前景。同时，对传统电动推进器进行了降噪优化设计，包括导流罩的流线型设计、无刷直流电机电磁干扰的抑制，以及推进器叶片与水体边界层分离的控制策略。 第三部分：感知、数据融合与水下网络 信息获取与传输是实现深海智能化的关键瓶颈。本部分着重于突破传统声纳和光学技术的局限，构建一个多维度的、可通信的深海感知网络。 第五章：超越传统声学：多波段成像与传感 深水能见度极低，限制了光学传感器的效用。本章详细介绍了蓝绿激光雷达（LiDAR）系统在浑浊水域的三维重建精度提升，以及如何结合合成孔径声纳（Synthetic Aperture Sonar, SAS）技术，实现对海底地质构造的亚厘米级高分辨率成像。此外，还探讨了基于太赫兹波在特定水层穿透性的潜在应用，以及如何利用化学传感器阵列进行环境指纹识别，作为辅助定位和目标识别的手段。 第六章：跨介质通信与水下网络拓扑 声学通信的低带宽和高延迟是制约深海数据回传的根本障碍。本部分侧重于水声通信（Acoustic Communications）的信道建模与多址接入技术（如TDMA、CDMA）的优化，以提高数据传输速率。更前沿地，本书探讨了蓝绿光激光通信（Free-Space Optical Communication）在短距离、高带宽数据交换中的应用，以及如何构建一个由浮标、中继器和海底基站构成的三维水下物联网（U-IoT）架构，实现数据的实时汇聚与传输。 第四部分：面向任务的智能决策与人机协作 深海环境的不可预测性要求水下系统具备高度的自主性和适应性。本部分关注如何将先进的人工智能技术应用于水下机器人的规划、控制与人机交互层面。 第七章：水下环境的实时状态估计与不确定性处理 本章专注于非线性估计理论在水下导航中的应用。详细阐述了扩展卡尔曼滤波（EKF）、粒子滤波（PF）在融合多源异构传感器数据（如惯性导航系统INS、多普勒速度仪DVL、浮力/压力传感器）时的鲁棒性增强策略。重点讨论了在GPS信号完全丢失的深水环境中，如何利用视觉里程计（Visual Odometry）和场景匹配定位（Scene Matching Localization）技术，维持长时间的厘米级位置精度。 第八章：复杂任务的自适应规划与人机交互界面 深海勘探任务往往涉及多目标、多阶段的复杂序列。本章介绍了基于层次化任务网络（HTN）和强化学习（RL）的自适应任务规划算法，使水下系统能够在遭遇突发情况（如设备故障、未知障碍物）时，快速重构最优作业路径。最后，深入探讨了用于深海远程操作与协作的沉浸式虚拟现实（VR/AR）人机界面设计，如何有效降低操作员的认知负荷，并实现对水下机器人群体的直观指挥与监控。 结语：深海科技的未来展望 《深海探索：现代水下机器人技术与前沿应用》不仅仅是一本技术手册，更是对深海未来探索的路线图描绘。从材料的微观结构到宏观网络的构建，本书力求展现一个多学科交叉、快速迭代的深海技术图景。展望未来，随着人工智能、新材料和传感技术的持续突破，人类终将揭开深海的神秘面纱，实现可持续的海洋资源利用与前沿科学发现。 ---

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