本書圍繞自主潛航器關鍵技術及應用，探討了自主潛航器的設計制造、水下組網與通信、水下定位技術、群體智能與任務協作等核心問題。基於現有的自主潛航器組網技術，提出了基於Leach與強化學習的接入控制算法和一種基於Q-learning的功率分配算法，該方法能夠延長網絡的生命周期，同時實現負載均衡。基於現有的自主潛航器的定位技術，提出了一種自主潛航器群體協同定位算法，實現了自主潛航器繫統在水下航行的誤差校準，提高了定位精度。針對自主潛航器的水下路徑規劃的復雜繫統，提出了一種基於蟻群算法的自主潛航器路徑規劃機制和一種基於強化學習的軌跡追蹤算法，在點到點路徑規劃和所有點遍歷兩種水下場景中驗證了算法的有效性。本書所提出的自主潛航器的相關技術為多水下自主潛航器的智能協同場景提供了新的方法與思路。此外，本書總結了無人潛航器的國內外研究現狀，並展望了無人潛航器的未來發展趨勢。
本書可供高等院校通信與網絡、水聲工程等專業的師生作為教學與學習參考書，也可供信息類相關領域的研究工作者和實踐工作者參考。

任勇
清華大學電子工程繫教授、博士生導師，現任清華大學海洋工程研究院副院長，清華大學天津高端裝備研究院海洋信息與智能裝備研究所所長，清華電子繫復雜工程繫統實驗室主任，中國人工智能學會智能產品與產業委員會主任委員，中國航天錢學森創新委員會副主任，主要從事網絡科學、人工智能等理論與方法及其在通信網絡與電子繫統中的應用。曾主持自然基金、863、973、國際合作、企業合作等項目共計50餘項；出版專著3部，發表學術論文350餘篇，其中SCI檢索150餘篇，影響因子23.7，累計影響因子總和600多，被引用5000餘次；授權發明專利50餘項。曾獲省部級科學技術獎5項、發明展覽會發明創業獎金獎、清華大學教學成果獎2項、清華大學科技成果轉化效益顯著獎2項，國際旗艦會議論文獎3項。

第 1章 無人潛航器概述 1
1．1緒論1
1．2無人潛航器類型2
1．2．1按無人潛航器與母船連接方式分類3
1．2．2按無人潛航器布放/回收方式分類6
1．2．3按無人潛航器用途分類8
參考文獻10
第2章 無人潛航器應用11
2．1無人潛航器應用概述11
2．2無人潛航器在民事領域的應用12
2．2．1海洋監測13
2．2．2海洋資源勘探13
2．2．3海洋救援13
2．2．4現代漁業應用14
2．2．5水下工程檢修14
2．2．6水文地質資料獲取15
2．2．7水聲信道特性測量15
2．3無人潛航器在軍事領域的應用16
2．3．1情報、監視和偵察任務16
2．3．2檢查和識別任務17
2．3．3水雷反制18
2．3．4反潛作戰任務18
2．3．5海洋勘探任務19
2．3．6通信/導航網絡節點19
2．3．7載荷運輸任務20
2．3．8軍事干擾、欺騙任務20
2．3．9時敏目標打擊任務20
2．4水下戰21
2．4．1水下戰概述21
2．4．2新型水下戰裝備21
2．4．3水下戰關鍵技術22
2．4．4水下戰發展趨勢23
參考文獻23
第3章自主潛航器的設計與制造25
3．1自主潛航器設計與制造概述25
3．2自主潛航器繫統設計26
3．2．1自主潛航器功能設計26
3．2．2自主潛航器艙段配置設計35
3．3自主潛航器推進繫統35
3．3．1螺旋槳推進35
3．3．2波動推進40
3．3．3驅動控制繫統51
3．4自主潛航器導航繫統52
3．5自主潛航器能源繫統56
3．5．1鋰電池介紹56
3．5．2鋰電池充電特性58
3．5．3鋰電池組電源管理繫統59
3．6自主潛航器外形設計優化與制造61
3．6．1自主潛航器外形設計61
3．6．2自主潛航器流體仿真優化63
3．6．3配重設計66
3．6．4自主潛航器關鍵零部件的制造69
3．6．5自主潛航器防腐工藝72
3．6．6自主潛航器的密封75
參考文獻78
第4章水下通信特點和技術80
4．1水下通信繫統概述80
4．1．1藍綠光通信81
4．1．2電磁波通信81
4．1．3水聲通信82
4．2水聲信道特性83
4．2．1水聲信道與無線信道的區別83
4．2．2非均勻介質對聲速剖面的影響84
4．2．3水聲環境噪聲85
4．2．4水聲傳播損失87
4．2．5水聲多徑傳播89
4．2．6水聲多普勒擴展90
4．3OFDM技術91
4．4未來展望93
參考文獻93
第5章自主潛航器群體協同相關技術95
5．1群體智能95
5．1．1群體智能概述95
5．1．2群體智能算法96
5．1．3群體智能繫統104
5．2多智能體106
5．2．1多智能體概述106
5．2．2多智能體建模107
5．2．3多智能體學習算法107
5．3群體協同相關技術應用111
5．3．1群體智能算法在AUV中的應用111
5．3．2多智能體繫統的應用112
參考文獻113
第6章自主潛航器協同通信相關綜述116
6．1水聲通信網絡協議棧116
6．2自主潛航器接入控制技術120
6．2．1相關技術研究綜述120
6．2．2繫統模型121
6．2．3基於Leach的分簇和簇頭選擇算法設計與分析123
6．2．4基於強化學習的接入控制算法設計與分析125
6．3自主潛航器信息傳播技術128
6．3．1相關技術研究綜述128
6．3．2繫統模型129
6．3．3算法設計131
6．3．4仿真結果與討論133
6．4自主潛航器功率分配技術138
6．4．1相關技術研究綜述139
6．4．2繫統模型141
6．4．3算法設計142
6．4．4仿真驗證147
參考文獻150
第7章自主潛航器導航定位相關技術154
7．1自主潛航器定位相關技術綜述154
7．1．1航位推算與慣性導航154
7．1．2基線定位繫統155
7．1．3國外超短基線定位繫統發展現狀157
7．1．4國內超短基線定位繫統發展現狀159
7．2自主潛航器協同定位技術160
7．2．1繫統模型162
7．2．2算法設計163
7．2．3仿真驗證165
參考文獻167
第8章自主潛航器任務和規劃相關技術169
8．1自主潛航器任務協同技術169
8．1．1水下協同任務歸納169
8．1．2水下通信問題170
8．1．3水下運動協調172
8．2自主潛航器路徑規劃技術174
8．2．1相關技術研究綜述175
8．2．2繫統模型177
8．2．3基於蟻群算法的路徑規劃算法設計178
8．2．4實驗驗證181
8．3AUV軌跡追蹤技術186
8．3．1研究背景186
8．3．2基於強化學習技術的軌跡追蹤技術研究187
8．3．3繫統模型191
8．3．4仿真驗證193
參考文獻196
第9章無人潛航器發展現狀與趨勢201
9．1無人潛航器發展歷程201
9．2國外無人潛航器發展現狀202
9．3國內無人潛航器發展現狀217
9．4無人潛航器發展趨勢222
參考文獻224
名詞索引227