·318· 智能系统学报 第10卷 向以固定流速，海流直接影响水下航行器的水下定 境中的水下航行器噪声不易被敌方侦查到，从而增 位以及航速、航向等机动性能，主要表现在3个方 强了自身的隐蔽性。 面[4 2.2透明度对水下航行器活动的影响 1)影响水下航行器航行的经济性 透明度是海水中能见程度的一种量度，表示了 如果航行器可以通过掌握的海流和潮流的信息 光线在海水中透射的深度。不同海域海水透明度的 和规律，利用海流对航行器本身造成的有利推力，并 分布是不一样的。大洋中悬浮物较少，海水透明度 综合航行器所执行的任务中的路径要求和规划，可 较大，一般可达40~50m:与之相反，近海沿线水中 以大大节省航行器自身携带的能源的消耗。增大水 悬浮物较多，能见度一般约10~30m:江河入海口地 下航行器的续航力，并且在充分利用海流的情况下， 区水中泥沙含量比较大，海水透明度可能小到1~ 航行器可以借助海流对水下航行器的作用加快航行 2m。此外，相同海区不同时间海水的透明度也会 器的航行速度。如图2中，5个航行器航行方向与 因会海水温度等因素产生透明度变化。在无人航行 海流夹角中，航行器1是最为经济的，航行器2是为 器航路规划时，根据任务对安全和隐蔽性的要求等 浪费燃料。结合航行器在航路规划过程中各任务对 级来决定海水透明度在航路规划过程中的影响权 时间和路线的要求不同，选择不同的与海流夹角，这 重。例如，水下航行器的任务是布雷任务则隐蔽性 样最大的优化利用海流。 是非常重要的航性指标，所以在航路规划的过程中， 要充分考虑海水透明度的因素，增加自主规划时的 考虑权重。因此，为了保证水下航行器的隐蔽性，应 根据待规划海区的历史资料，让规划的航路尽量避 开水色低、海水透明度高的海区[2]。 11 35i 1 30 1海流方向 25 站 3 屬 图2海流环境下航行器航行方向 Fig.2 The heading of underwater vehicles under o- cean current 2)影响水下航行器航行的安全性 101520 25 第个月(1998-1999) 水下航行器在海流流速较大的海区航行时，容易 图3海水透明度随时间变化曲线剧 使水下航行器失去控制。当航行器与海流之间的夹 Fig.3 The changing of ocean transparency with time 角接近90时，即所谓的“横流”，如图2中航行器3所 2.3跃层对水下航行器活动的影响 示，海流对航行器本身造成的偏航力矩最大，这样航 所谓温、盐、密、声速跃层，是指海洋中温度、盐 行器为了修正航迹而消耗的能源最大，如果航路规划 度、密度、声速垂直梯度较大的水层。跃层的主要特 过程中航线出现与海流垂直的通过重新设计航路，以 性为强度、上界深度和厚度。如图4所示。假设图 保证航路方向矢量与海流方向矢量保持锐角，同时在 为某海洋水文因素跃层的垂直分布曲线上，曲线中 任务允许的范围内要尽量避开此海流区域。在航路 的拐点A、B分别为跃层的上界和下界。A点所在垂 规划过程中，有效利用航行路线与海流构成有效夹 直深度Z,为跃层的上界深度，B点所在垂直深度 角，以此来实现任务效果与安全性的综合最优是水下 无人航行器智能化和自主化的重要指标。 Z。为跃层的下界深度，2个深度之差即△Z=Z:- 3)影响水下航行器航行的隐蔽性 Zg为跃层的厚度。当A、B2点之间跃层的某要素 水下航行器执行隐蔽任务时，例如，通过敌方控 差值为|△X|时，则跃层的强度为±|△X/△Z。 通常情况下，当某跃层的垂直分布自上向下依次递 制的海峡、反潜封锁区等，为避开敌方声呐设备的搜 减时，强度取正号，并称之为正常跃层（正跃层）：反 索和探测，可通过利用深层流进行漂航以此来增加 之取负号，称之为逆跃层。海洋中各主要跃层对水 水下航行器的隐蔽性。另外，黑潮流域的海洋背景 下航行器的影响主要在安全性及隐蔽性上，例如，跃 噪声比一般海域的噪声要高很多，因此处在这种环向以固定流速，海流直接影响水下航行器的水下定 位以及航速、航向等机动性能，主要表现在 ３ 个方 面［４⁃１１］ ： １）影响水下航行器航行的经济性 如果航行器可以通过掌握的海流和潮流的信息 和规律，利用海流对航行器本身造成的有利推力，并 综合航行器所执行的任务中的路径要求和规划，可 以大大节省航行器自身携带的能源的消耗。 增大水 下航行器的续航力，并且在充分利用海流的情况下， 航行器可以借助海流对水下航行器的作用加快航行 器的航行速度。 如图 ２ 中，５ 个航行器航行方向与 海流夹角中，航行器 １ 是最为经济的，航行器 ２ 是为 浪费燃料。 结合航行器在航路规划过程中各任务对 时间和路线的要求不同，选择不同的与海流夹角，这 样最大的优化利用海流。 图 ２ 海流环境下航行器航行方向 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｈｅａｄｉｎｇ ｏｆ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｕｎｄｅｒ ｏ⁃ ｃｅａｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ２）影响水下航行器航行的安全性 水下航行器在海流流速较大的海区航行时，容易 使水下航行器失去控制。 当航行器与海流之间的夹 角接近 ９０°时，即所谓的“横流”，如图 ２ 中航行器 ３ 所 示，海流对航行器本身造成的偏航力矩最大，这样航 行器为了修正航迹而消耗的能源最大，如果航路规划 过程中航线出现与海流垂直的通过重新设计航路，以 保证航路方向矢量与海流方向矢量保持锐角，同时在 任务允许的范围内要尽量避开此海流区域。 在航路 规划过程中，有效利用航行路线与海流构成有效夹 角，以此来实现任务效果与安全性的综合最优是水下 无人航行器智能化和自主化的重要指标。 ３）影响水下航行器航行的隐蔽性 水下航行器执行隐蔽任务时，例如，通过敌方控 制的海峡、反潜封锁区等，为避开敌方声呐设备的搜 索和探测，可通过利用深层流进行漂航以此来增加 水下航行器的隐蔽性。 另外，黑潮流域的海洋背景 噪声比一般海域的噪声要高很多，因此处在这种环 境中的水下航行器噪声不易被敌方侦查到，从而增 强了自身的隐蔽性。 ２．２ 透明度对水下航行器活动的影响 透明度是海水中能见程度的一种量度，表示了 光线在海水中透射的深度。 不同海域海水透明度的 分布是不一样的。 大洋中悬浮物较少，海水透明度 较大，一般可达 ４０ ～ ５０ ｍ；与之相反，近海沿线水中 悬浮物较多，能见度一般约 １０～３０ ｍ；江河入海口地 区水中泥沙含量比较大，海水透明度可能小到 １ ～ ２ ｍ。 此外，相同海区不同时间海水的透明度也会 因会海水温度等因素产生透明度变化。 在无人航行 器航路规划时，根据任务对安全和隐蔽性的要求等 级来决定海水透明度在航路规划过程中的影响权 重。 例如，水下航行器的任务是布雷任务则隐蔽性 是非常重要的航性指标，所以在航路规划的过程中， 要充分考虑海水透明度的因素，增加自主规划时的 考虑权重。 因此，为了保证水下航行器的隐蔽性，应 根据待规划海区的历史资料，让规划的航路尽量避 开水色低、海水透明度高的海区［１２ ］ 。 图 ３ 海水透明度随时间变化曲线［１８］ Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｏｆ ｏｃｅａｎ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ ｗｉｔｈ ｔｉｍｅ ２．３ 跃层对水下航行器活动的影响 所谓温、盐、密、声速跃层，是指海洋中温度、盐 度、密度、声速垂直梯度较大的水层。 跃层的主要特 性为强度、上界深度和厚度。 如图 ４ 所示。 假设图 为某海洋水文因素跃层的垂直分布曲线上，曲线中 的拐点 Ａ、Ｂ 分别为跃层的上界和下界。 Ａ 点所在垂 直深度 ＺＡ 为跃层的上界深度，Ｂ 点所在垂直深度 ＺＢ 为跃层的下界深度，２ 个深度之差即 △Ｚ ＝ ＺＡ － ＺＢ 为跃层的厚度。 当 Ａ、Ｂ ２ 点之间跃层的某要素 差值为 △Ｘ 时，则跃层的强度为 ± △Ｘ ／ △Ｚ 。 通常情况下，当某跃层的垂直分布自上向下依次递 减时，强度取正号，并称之为正常跃层（正跃层）；反 之取负号，称之为逆跃层。 海洋中各主要跃层对水 下航行器的影响主要在安全性及隐蔽性上，例如，跃 ·３１８· 智 能 系 统 学 报 第 １０ 卷