1、AUV概述

AUV不配备主缆和系缆，对军方来说，适合海底搜索、海域探查以及不明物体识别打捞的运载工具，应用在民用领域，可用来识别物体规避危险，也可用来打捞[1]。与ROV相比，它活动范围较大，又少了缆绳的束缚，就不怕电缆纠缠，不受脐带缆长度约束则潜水深度可以更大，同时也不需要庞大复杂的水面支持系统，则其运行和维护费用也会相对少得多[3][4]。对于水下机器人，声呐是非常有必要的传感器。

水下声呐装备因此而生，截至目前，水下声呐装备主要被用来勘探海底地形，探测水下既定目标，应用声呐装备的环境不同，所需声呐功能也就不同，因而声呐装备不断发展[5]。从主动测量到主动被动联合探测，从潜艇探测到鱼雷水雷探测，从声感知到雷达、激光、磁异探测异质联合[2]，声呐技术装备不断演进。而本文AUV中使用的地貌地形测量设备是侧扫声呐。侧扫声呐常被用于海底大面积成像，也会用于对海底结构及障碍物的定位。

2、侧扫技术发展过程

20世纪50年代，为了更好的探测海底地形地貌，寻找丰富的海洋资源，促进了侧扫声呐的问世。英国海洋地质学家最早提出了侧扫原理，用以探测海底地形，开发海洋资源。他们用两艘船各自在船侧拖曳换能器，在对应一侧接收回波[2]，以此来探测海底地貌。后来美英法等国也开发出舷挂式产品，后又衍生出拖曳式侧扫声呐。20世纪80年代以后，随着计算机技术的飞速发展并广泛应用于侧扫声呐，国内外出现了一系列数字化的侧扫声呐，从而使侧扫声呐技术上了一个新台阶[2]。

3、声呐发展历史

全世界最早出现的声呐是一种对水声目标的具有有测距能力的被动舰壳声呐，称之为达芬奇管式声呐[6]。在1914—1918年的第一次世界大战期间，德国军队率先使用潜艇，并以此击沉了协约国大量的水面舰艇，潜艇的战斗力不言而喻，残酷的现实使得各参战国不得不开始着手研制水声设备[7]。因此第一次世界大战结束后，世界各国认识到了声呐装备的重要性，故而加快了各自的研究进程，其中德国主要研究发展被动声纳装备，英、美等国家主要研究发展主动发展声呐装备[6]。

直到第二次世界大战爆发，促使声呐技术迅速发展到新阶段。潜艇在大型战争中的作用显而易见，它在海上对运输船只和作战舰艇构成了威胁。为了在战争中取得胜利，必须针对潜艇研制出克制它的设备，声呐便自然而然地成为实施反潜战中必不可少的装置。导致在这期间许多国家都不得不研制适合各自实际情况的声呐，于是出现了各种类型的声呐。这一时期发展起来的有扫描声呐，水面潜艇的主动及被动声呐以及音响水雷等。

表1-1声呐设备发展简史

出现时间 代表声呐（标志）

第一代声呐 第二次世界大战到20世纪50年代末艇首阵中频声呐

第二代声呐 20世纪60年代 低频主被动拖曳阵声呐

第三代声呐 20世纪70年代 数字技术和大孔径测阵的使用

第四代声呐 20世纪80年代末 多阵列多频段探测信息综合处理和一体应用

第五代多功能无人操作声呐 近年开始出现 美国雷声公司为DARPA反潜

持续跟踪无人艇项目的开发模块化可缩放声呐系统。