7、水下声学传感器网络中的水下无人机技术解析

水下声学传感器网络中的水下无人机技术解析

1. 水下传感器网络概述

地球表面约三分之二被水体覆盖，海洋对陆地生命有着深远影响，同时蕴含着丰富的海洋生物和自然资源，如矿物油等。因此，水下监测成为极具探索价值的领域。

随着传感器网络在各研究领域的广泛应用需求增加，以及微电子技术的巨大进步，水下传感器网络得到了极大的推动。声学传感器网络具有广泛的应用，包括水位检测、海洋污染监测、海洋数据收集、灾害预防、近海资源勘探、战术导航与监视、水质分析、渔业应用等。

传统的海底和水柱监测方法是临时安装海洋声学传感器节点，记录相关数据后回收仪器。这种方法在将感知信息传输到岸上接收端时存在巨大延迟，而且声学传感器是小型精密电子设备，依靠电池供电，处理、传输和存储能力有限，一旦声学通信出现故障，数据丢失的可能性很高。传统实时海洋监测面临着缺乏骨干网络、频繁的网络故障和受限的传感器硬件等挑战。

为了克服这些问题，人们开发了创新的设计和部署策略，以提高水下声学网络的性能。水下声学网络结合了传感器节点和自主水下航行器（AUV），也称为水下无人机。这个由异构节点和移动无人机组成的水下网络进一步连接到地表站和骨干网络（如互联网、射频链路等），以执行海洋区域的监测任务。为了使该应用可行，传感器节点和水下AUV之间需要双向声学通信链路（上行/下行链路）。

水下环境和特定的部署策略给声学传感器网络带来了独特的挑战。与陆地无线传感器网络（UWSNs）相比，水下声学传感器网络存在以下显著差异：
|对比项|陆地无线传感器网络|水下无线传感器网络|
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|成本|节点成本较低|声学节点成本高，内置收发器结构复杂，硬件保