1.1研究目的及意义

海洋总面积为3.6×108平方千米，地球表面70%以上是海洋，马里亚纳海沟最深处达11034米，目前人类已经将上千人送入太空，但仅有数人下潜到马里亚纳海沟[1]。可以说人类对海洋的探索才刚刚开始，海洋蕴藏了许多丰富的生物、矿产、油气资源，如何开发、利用好海洋资源成为各国关注的焦点^[2][[3]。水下航行器作为探索水底世界的工具越来越受到各国的重视，它在探索、开发海洋过程中正扮演着越来越重要的角色^[4][[5]。

水下航行器也叫水下机器人，根据是否载人可分为无人潜航器（UnmannedUnderwater Vehicle,UUV）和载人潜航器（Human OccupiedVehicle，HOV），其中无人潜航器依据有无电缆又可分为有缆水下机器人（RomoteOperated Vehical,ROV)和自治水下机器人（Autonomous UnderwaterVehical,AUV）[6][7]。

水下机器人任务的完成都基于一个基础，即高效可靠的运动控制。为达到此目的，许多研究人员试图提供高效的解决方案，他们的解决方案主要可分为两类，第一种是在AUV的控制中开发或引入新的控制器，第二种是为AUV设计新的控制框架。通常，一个AUV的控制框架由推进器和方向舵组成，在第二种思想中，除了传统的交叉舵之外，水下机器人还采用了其他一些方向舵，如H型舵、X舵和带襟翼的舵^[8]。

X舵的名称来自布局的形状，因此我们称它为X舵^[9][[10]。相对于传统十字舵而言X舵有许多显著的优点：X舵在总体布置上可以做到横向尺度不超宽、垂向尺度不突出基线；X舵可以对潜艇横倾进行控制；采用X舵后减小了操舵后回转中的艇重、尾重现象，X舵可大大减少尾舵卡住时造成的严重后果，提高了潜艇的安全性和水下动力抗沉能力^[11][12]。使用X舵对提高航行器运动的稳定性具有重要意义。

总体上讲，潜水器技术集中体现了一个国家的综合技术能力和国防能力，在海洋维权、领海军事保障、全球气候变化应对、资源开发、环境保护、防灾减灾等涉海领域都起到了关键作用。发展潜水器技术也可以带动导航通信、电子、精密制造加工和材料等诸多领域，对国家安全、经济、海底空间利用、深海旅游、深海打捞和救生等都有着不可估量的战略意义^[13]。

由于在工业设计、制造工艺、综合控制、目标探测、导航地位和通讯等领域中国同水下技术发达的国家相比还有一定差距，致使我们的水下机器人在实际应用中还有较大限制。相关领域从国外购买或租赁的水下机器人不但价格高，配套服务难，而且很多产品并不是专门开发的，并不适合中国海域的使用。所以随着海洋开发和军事用途需求的不断增长，开发更具有实用价值的智能水下航行器势在必行^[14]。

1.2国外发展现状

水下无人潜航器其研制始于20世纪50年代。世界上第一台ROV—“CURV1”号于1960年被美国成功研制出来，并于同年年初配合深海HOV“阿尔文”号找到一颗美国空军丢失在海底深处的氢弹，引起了极大轰动[15]。AUV可用于军事或者民用，初步估计全世界已有十几种不同类型的深海AUV，例如法国的ECA公司，美国的Hydroid公司，金枪鱼机器人公司，挪威的HUGIN系列等，均深入研究并成功开发出深海AUV[6]。

随着计算机水平、通信和导航技术的提高无人水下航行器的自主控制水平和推进动力得到了进一步提高，美国先后两次修改了无人水下航行器的发展规划，在2007年后，将空中、水下和地面多维空间的无人统进行整合，每两年发布一次《无人系统发展路线图》并定期修订^[16]。美国有众多科研机构在研究水下机器人，主要有华盛顿大学、宾夕法尼亚州立大学应用物理研究所、加州大学、麻省理工学院、威斯康辛大学、蓝鳍金枪鱼机器人公司、波音公司、洛马公司、哥伦比亚公司、通用动力公司、水螅公司、伍德·霍伊公司、诺斯罗普·格鲁曼公司等，无论是在军用还是民用领域美国都一直都处于领先的地位^[17]。