2025年大學(xué)《海洋技術(shù)》專業(yè)題庫——海洋水下無人機(jī)技術(shù)發(fā)展考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不屬于典型水下無人航行器（AUV/ROV）的核心子系統(tǒng)？（）A.推進(jìn)與導(dǎo)航系統(tǒng)B.通信與控制鏈路C.海洋環(huán)境自適應(yīng)結(jié)構(gòu)D.傳感器與信息處理系統(tǒng)2.在深海（如5000米）作業(yè)的水下無人航行器，對其結(jié)構(gòu)材料的主要要求是？（）A.高強(qiáng)度、耐腐蝕B.輕量化、高浮力C.高導(dǎo)電性、耐高溫D.高導(dǎo)熱性、耐高壓3.下列哪種技術(shù)通常用于解決AUV在復(fù)雜海底地形中的精確導(dǎo)航定位問題？（）A.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）單獨(dú)定位B.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（如GPS）水下應(yīng)用C.混合導(dǎo)航系統(tǒng)（聲學(xué)+慣性/視覺）D.水聲應(yīng)答器定位4.水下無人航行器實(shí)現(xiàn)長時(shí)間自主作業(yè)的主要技術(shù)瓶頸之一是？（）A.導(dǎo)航精度不足B.傳感器數(shù)據(jù)處理能力有限C.能源供應(yīng)與續(xù)航能力D.控制系統(tǒng)復(fù)雜度過高5.適用于大范圍海底地形測繪和淺水區(qū)域精細(xì)探測的水下探測工具是？（）A.自主水下航行器（AUV）B.遙控水下航行器（ROV）C.多波束測深系統(tǒng)D.側(cè)掃聲吶系統(tǒng)6.下列哪項(xiàng)不是水下無人航行器常用的能源形式？（）A.鋰離子電池B.氫燃料電池C.液體氫氧燃料D.太陽能光伏板7.在水聲通信中，主要限制通信距離和速率的物理因素是？（）A.傳感器噪聲水平B.信號(hào)處理算法復(fù)雜度C.水聲信號(hào)的衰減和多徑效應(yīng)D.航行器平臺(tái)尺寸8.用于檢測和清除水雷的水下無人航行器通常需要具備哪種特殊能力？（）A.高精度聲納探測與識(shí)別B.強(qiáng)大的水下通信與組網(wǎng)能力C.高速機(jī)動(dòng)與深潛能力D.大范圍環(huán)境掃描與測繪9.以下哪個(gè)領(lǐng)域不是海洋水下無人機(jī)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域？（）A.海底地形測繪B.油氣田勘探開發(fā)C.大氣環(huán)流監(jiān)測D.海底結(jié)構(gòu)物檢測與維護(hù)10.水下無人航行器集群技術(shù)的主要優(yōu)勢在于？（）A.單個(gè)平臺(tái)性能大幅提升B.實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)、覆蓋更大范圍、提高任務(wù)冗余度C.顯著降低單次任務(wù)成本D.簡化控制與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、名詞解釋（每題3分，共15分。請給出簡潔、準(zhǔn)確的專業(yè)定義）1.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）2.聲學(xué)定位（如USBL）3.自主水下航行器（AUV）4.遙控水下航行器（ROV）5.側(cè)掃聲吶三、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述AUV和ROV在系統(tǒng)構(gòu)成、工作方式和應(yīng)用場景方面的主要區(qū)別。2.簡要說明影響水下無人航行器導(dǎo)航定位精度的主要因素有哪些。3.海洋水下無人機(jī)在深海環(huán)境（高壓、黑暗、強(qiáng)腐蝕）作業(yè)面臨哪些主要技術(shù)挑戰(zhàn)？4.簡述水下無人航行器在水下基礎(chǔ)設(shè)施檢測與維護(hù)方面的主要應(yīng)用方式。四、論述題（每題10分，共30分。請結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入分析和闡述下列問題）1.論述提高水下無人航行器自主導(dǎo)航能力的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢。2.分析長時(shí)續(xù)航技術(shù)對于拓展海洋水下無人機(jī)應(yīng)用范圍的重要性，并探討幾種有前景的能源解決方案。3.結(jié)合具體應(yīng)用實(shí)例，論述水下無人航行器集群技術(shù)在未來海洋觀測與探測中的潛力與面臨的挑戰(zhàn)。---試卷答案一、選擇題1.C2.A3.C4.C5.C6.D7.C8.A9.C10.B二、名詞解釋1.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）：利用慣性坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)定律，通過測量載體自身加速度和角速度，積分求得載體位置、速度和姿態(tài)信息的導(dǎo)航系統(tǒng)。2.聲學(xué)定位（如USBL）：利用水下聲波傳播的原理，通過發(fā)射聲波信號(hào)并接收由目標(biāo)反射的回波，測量信號(hào)傳播時(shí)間或相位差來確定目標(biāo)位置的技術(shù)（具體如USBL指超短基線定位）。3.自主水下航行器（AUV）：一種無需臍帶連接，依靠自身攜帶的能源、導(dǎo)航、控制等系統(tǒng)，能夠自主進(jìn)行路徑規(guī)劃和任務(wù)執(zhí)行的水下無人航行器。4.遙控水下航行器（ROV）：一種通過水面母船或岸基站進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制的水下無人航行器，通常需要持續(xù)的外部供電和通信連接。5.側(cè)掃聲吶：一種主動(dòng)聲學(xué)探測設(shè)備，通過向海底發(fā)射扇形聲波束，接收反射回來的聲波，從而繪制出海底地貌和覆蓋物信息的聲吶系統(tǒng)。三、簡答題1.區(qū)別：*系統(tǒng)構(gòu)成：AUV是自主式，自帶全部能源、導(dǎo)航、控制、任務(wù)載荷，結(jié)構(gòu)相對緊湊；ROV是非自主式，需要水面支持，通過電纜供電和傳數(shù)據(jù)，通常尺寸和載荷能力更大。*工作方式：AUV離港前預(yù)設(shè)任務(wù)航線和指令，自主航行和作業(yè)，通常一次性任務(wù)后回收；ROV由操作員實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制進(jìn)行作業(yè)，可靈活懸停、操作機(jī)械臂等。*應(yīng)用場景：AUV適用于大范圍、長航時(shí)、定點(diǎn)重復(fù)觀測的任務(wù)，如海道測量、環(huán)境監(jiān)測；ROV適用于精細(xì)操作、近距離探測、復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)急救援或維護(hù)任務(wù)，如結(jié)構(gòu)檢測、海底取樣。2.主要因素：*慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）誤差：初始對準(zhǔn)誤差、尺度因子誤差、漂移誤差的累積。*外部導(dǎo)航信息融合：聲學(xué)定位（USBL、多波束）、水聲通信、視覺導(dǎo)航等輔助信息的精度和可用性。*環(huán)境因素：水流、海浪對航行器姿態(tài)和速度的影響。*平臺(tái)自身動(dòng)態(tài)：航行器的加速度、角速度測量精度。*算法誤差：路徑規(guī)劃、濾波、積分等算法引入的理論誤差。3.技術(shù)挑戰(zhàn)：*高壓環(huán)境：對結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度、耐壓殼體設(shè)計(jì)、密封技術(shù)要求極高。*黑暗環(huán)境：對照明系統(tǒng)、光學(xué)/聲學(xué)傳感器性能要求高，依賴聲學(xué)探測為主。*強(qiáng)腐蝕環(huán)境：對結(jié)構(gòu)材料、電子元器件、絕緣防護(hù)要求高。*能源限制：深海作業(yè)時(shí)間長，能源存儲(chǔ)和供給是巨大挑戰(zhàn)。*通信困難：水聲通信帶寬低、距離有限，深海通信尤為困難。*復(fù)雜環(huán)境下的自主導(dǎo)航與作業(yè)：精確導(dǎo)航定位、避障、精細(xì)操作難度大。4.主要應(yīng)用方式：*結(jié)構(gòu)檢測評估：利用ROV搭載高清攝像頭、聲納、激光掃描儀等對橋梁墩柱、海上平臺(tái)、水下管道、港口設(shè)施等進(jìn)行可視化和數(shù)據(jù)化檢測，評估結(jié)構(gòu)狀態(tài)。*清淤與維護(hù)：ROV可操作機(jī)械臂進(jìn)行水下清淤、障礙物清除、設(shè)備安裝與維修等作業(yè)。*管道與線路檢查：對海底油氣管道、電力電纜等進(jìn)行定期巡檢，檢查腐蝕、泄漏、變形等情況。*事故應(yīng)急響應(yīng)：在船舶碰撞、管道泄漏等事故中，利用ROV進(jìn)行快速勘察、評估和輔助處置。*水下考古與沉船調(diào)查：對沉沒物體進(jìn)行精細(xì)的影像記錄和初步的考古信息獲取。四、論述題1.關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢：*關(guān)鍵技術(shù)：*高精度慣性導(dǎo)航：提高初始對準(zhǔn)精度、減小漂移誤差的傳感器融合技術(shù)（如慣導(dǎo)+聲學(xué)+深度計(jì)+IMU）。*聲學(xué)導(dǎo)航技術(shù)：提高定位精度和覆蓋范圍的多基線定位、組合導(dǎo)航（聲學(xué)+慣性）技術(shù)。*環(huán)境感知與適應(yīng)導(dǎo)航：利用多波束、側(cè)掃聲吶、激光雷達(dá)等構(gòu)建海底地形地圖，實(shí)現(xiàn)地形匹配導(dǎo)航；利用視覺或激光進(jìn)行實(shí)時(shí)避障和定位。*自主路徑規(guī)劃與決策：基于地圖的路徑規(guī)劃、動(dòng)態(tài)避障、任務(wù)優(yōu)化決策算法。*發(fā)展趨勢：*多傳感器深度融合：更智能地融合INS、聲學(xué)、視覺、深度等多種傳感器信息，實(shí)現(xiàn)高精度、高魯棒性的全海域?qū)Ш健?人工智能應(yīng)用：利用AI進(jìn)行目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別、環(huán)境智能感知、自主任務(wù)規(guī)劃和決策。*集群協(xié)同導(dǎo)航：利用多AUV間的通信與信息共享，實(shí)現(xiàn)分布式協(xié)同導(dǎo)航與任務(wù)執(zhí)行。*基于學(xué)習(xí)的導(dǎo)航：通過機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化導(dǎo)航算法，適應(yīng)復(fù)雜多變的水下環(huán)境。2.重要性及能源解決方案：*重要性：長時(shí)續(xù)航能力直接決定了AUV/ROV能否執(zhí)行更遠(yuǎn)距離的任務(wù)、進(jìn)行長時(shí)間連續(xù)監(jiān)測、深入深?；驑O地等能源補(bǔ)給困難的區(qū)域，極大地拓展了其應(yīng)用范圍和市場潛力，是提升任務(wù)效率和成本效益的關(guān)鍵。*能源解決方案：*高能量密度電池：研發(fā)新型鋰離子電池（如固態(tài)電池）、金屬空氣電池等，提高能量存儲(chǔ)密度。*燃料電池：應(yīng)用質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）等，提供更高的能量密度和較長的續(xù)航時(shí)間。*能量收集技術(shù)：利用水下光能（太陽能）、動(dòng)能（水流）、化學(xué)能（溫差）等環(huán)境能量為電池充電，實(shí)現(xiàn)能量補(bǔ)充。*人工魚雷推進(jìn)器：采用核電池或高能量密度化學(xué)燃料驅(qū)動(dòng)的新型推進(jìn)器，提供極長的續(xù)航能力，但通常用于AUV。*優(yōu)化能源管理系統(tǒng)：通過智能算法優(yōu)化航行路徑、作業(yè)模式，降低能耗。3.集群潛力與挑戰(zhàn)：*潛力：*大范圍協(xié)同觀測：多個(gè)節(jié)點(diǎn)可同時(shí)覆蓋廣闊海域，快速完成大面掃描或立體覆蓋任務(wù)。*提高任務(wù)效率與冗余：集群可分擔(dān)任務(wù)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障可由其他節(jié)點(diǎn)接管或補(bǔ)償，提高整體任務(wù)成功率。*分布式智能處理：在節(jié)點(diǎn)端進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)處理和分析，減少數(shù)據(jù)傳輸量，提高實(shí)時(shí)性。*復(fù)雜環(huán)境探測：可對復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如珊瑚礁、海底火山）進(jìn)行多角度、多層次的協(xié)同探測。*新應(yīng)用模式：實(shí)現(xiàn)編隊(duì)作業(yè)、協(xié)同抓取、分布式采樣等單一平臺(tái)難以完成的應(yīng)用。*挑戰(zhàn)：*復(fù)雜控制與管理：需要開發(fā)高效的集群任務(wù)規(guī)劃、協(xié)同控制、通信調(diào)度和故障診斷算法。*可靠通信：