使用西北工业大学张立川团队研发的三条雷体AUV进行协同运动试验，如图10-1所示。其中，鱼小雷AUV作为领航者AUV，负责提供相对位姿视觉信息并领导其余AUV。红小雷和白小雷作为跟随者AUV，负责使用视觉传感器采集与领航者的相对位姿信息，并进行主动位置控制，保持与领航者AUV的相对位置姿态。

图10-1　试验硬件平台

领航者AUV试验平台——鱼小雷是自主研制的一条150 mm雷体自主遥控航行器（autonomous remote vehicle，ARV），其主体采用铝合金制造，部分非水密零件采用尼龙制造或使用聚乳酸（polylactic acid，PLA）3D打印而成。此AUV长度1 800 mm，航行器主体直径150 mm，空气重量约为27 kg，水中静止时表现为微弱的正浮力（约150 g），设计最大下潜深度200 m。搭载了6台Blue Robotics公司出品的T200推进器，每台推进器在典型供电电压16 V下的最大前进推力为5．22 kg，最大反向推力为4．07 kg，提供除横滚外其余5个自由度的控制，横滚则由航行器较低的重心自然保持。6台推进器中的2台布置在航行器尾部，提供前进后退的控制力；2台垂直于水平面布置在航行中部，提供上浮下潜的力和俯仰控制的力矩；2台平行于水平面布置在航行器中部，提供左右平移的力和左转右转的力矩。受益于流线型外壳，航行器能够以最大4 kn的速度直航，并且能够以最高12°／s的角速度进行左右转向。待机时间5 h，能够提供约2 h定深悬停续航时间。航行器具有两种运行模式：AUV模式和ROV模式。在AUV模式下，可以通过航行器上搭载的WiFi进行任务的下载并执行命令［4］，能够根据挂载的任务载荷自主执行搜索、识别等任务，在插入光纤后，即可转入ROV模式。此时，岸上上位机能够实时观察航行器的运行情况，能够方面地进行水下观测等任务，还能够方便地对AUV模式的任务进行调试，从而增加开发速度和效率。在导航装备方面，鱼小雷搭载了高精度惯性测量单元（inertial measurement unit，IMU）并能够选装多普勒速度计［5］、GPS、北斗等测量装备，显著提升AUV的导航定位精度。鱼小雷AUV能够模块化搭载多种任务设备，如侧扫声呐、工业相机、采样设备等，进行灵活多变的任务。此外，为了预防可能的水密失效，AUV内置了液体检测器，进一步保证了潜航器的安全。鱼小雷AUV的硬件结构如图10-2所示。

图10-2　领航者AUV的硬件结构图

跟随者AUV试验平台——红小雷和银小雷AUV是在鱼小雷AUV的基础上改进而成。主要改进之处为长度增加到了2 000 mm，增长的部分主要是水密段，为任务设备提供了更多空间和浮力裕量。同时，由于优化了电路结构，同时增加了电池容量，使待机时间增加到8 h以上，优秀的重浮力配比使定深悬停的续航时间增加到5 h。此外，增加了电量监测功能，允许AUV根据自身电量规划任务，并在ROV模式下及时向上位机发出低电量警告。

在软件方面，我们基于开源的跨平台C＋＋库Qt 5．11．1进行AUV平台软件设计。试验AUV平台的软件分为主控系统和任务插件。为了使AUV能够灵活执行不同任务，我们将任务实现为不同的Qt Low API插件，并使用主控系统进行插件的管理。这样，当开发任务时，只需生成一个插件文件即可，可以大大加快编译速度。当需要执行不同任务时，只需要替换任务插件文件即可实现，而无需再次进行编译。在主控系统中，对不同功能进行了模块化处理，并采用Qt的信号槽机制处理不同功能模块之间的通信和同步问题，各模块之间的关系如图10-3所示。3台试验AUV均采用相同的主控程序，利用配置文件进行不同AUV之间的差异化设置（如设置各外设所使用的端口号、控制参数、推进器零响应区间等）。

图10-3　试验AUV平台主控系统软件架构

软件界面如图10-4所示，有4个分区为。

图10-4　AUV平台主控系统软件界面(www.daowen.com)

①控制面板：显示当前时间、已运行时间、姿态、温度、深度、电量、推进器工作状态、航灯颜色等信息，为ROV模式的操作提供参考。在ROV模式下，可以通过手动控制台进行遥控操作。手动控制台包括4个子页，将在下文中详述。

②视觉图像：在ROV模式下，显示航行器上搭载的相机的实时拍摄图像。在AUV模式下，显示任务插件将相机采集图像处理后的结果。

③日志记录：记录所有手动操作和自动控制，并根据文字颜色区分日志等级（信息、警告、错误），便于监控航行器状态或进行事后分析。

④深度图表：将抽象的深度数值信息变成动态图表实时显示（图中蓝色实线），方便判断深度变化趋势。此外，图中红色虚线代表当前时刻的深度控制目标，因此能够直观地看出深度控制效果。

如图10-5所示，控制面板包括了4个子页。

①标准控制：提供了推进器和摄像头的开关、水平面的手动操控和深度闭环、航向闭环的操作按钮。

②高级控制：提供了通信收发的显示、推进器PWM值手动控制和相机参数设置的界面。

③任务流程：显示了所有检测到的任务插件，并能够通过选择若干任务和调整顺序实现任务流程的顺序执行，此外还能够显示任务状态。

④参数设置：提供了当前加载的配置文件的显示和修改并重新加载配置文件的功能。

图10-5　手动控制台的4个子页界面