《自主水下航行器编队综述：性能、编队控制和通信能力》大连海事大学27页综述论文

自主水下航行器（AUVs）是由机载计算机控制的水下航行器。AUV编队是一种合作控制，主要是在执行任务时控制多个AUV在一个群体中移动。与单个AUV相比，多AUV编队在许多应用中代表着更高的效率和更好的稳定性，如石油和天然气工业、水文测量和军事任务等。为了实现更好的编队，有几个关键因素，包括AUV性能、编队控制和通信能力。然而，AUV编队领域的大多数研究主要集中在编队控制方法上。我们观察到，对多个AUV编队的通信能力和AUV性能的研究仍处于早期阶段。对AUV编队研究和发展的现状进行全面的调查，对研究人员是有益的。在本文中，我们详细研究了AUV、编队控制和水下声学通信能力。我们提出了一个具有三个维度的分类框架，包括AUV性能、编队控制和通信能力。这个框架为未来AUV编队研究提供了一个全面的分类方法。它还可以用来比较不同的方法，帮助工程师为各种应用选择合适的编队方法。此外，我们的调查还讨论了具有通信约束的编队架构，我们还发现了一些常见的误解和与通信有关的编队控制的可疑研究。

大多数研究只关注AUV编队的一个研究课题。然而，由于水下通信和AUV特点的限制，AUV编队成为一个跨学科的研究。典型的编队控制方法可能无法满足水下环境，因为大多数方法是在一些难以在水下环境中实现的强假设下开发的。尽管文献[35]对AUV编队进行了调查，但该文献仍然主要关注控制技术，只是非常简单地提到了通信，而且缺乏通信能力和编队控制之间的关系。我们注意到，一些研究人员试图解决带有通信约束的AUV编队问题，但由于AUV编队的跨学科特点和相关知识的缺乏，研究人员用不切实际的假设对通信约束进行建模，并朝着可疑的方向研究。为了帮助研究人员避免不切实际的研究，从跨学科的角度来研究AUV编队是很及时的。在本文中，我们对AUV编队研究和发展的现状进行了全面的调查。为了满足跨学科的受众，我们试图将研究人员在开始研究AUV编队之前应该考虑的所有初步背景方面归纳起来。此外，我们试图指出迄今为止有疑问的研究，并找到AUV编队领域的理论研究和实际情况之间的关键差距。我们的主要贡献列举如下：

据我们所知，这是文献中第一次提出关于AUV形成的综合调查，以满足跨学科的受众。我们提出了一个具有三个维度的分类框架，包括AUV性能、编队控制和通信能力。这种分类可以帮助人们对AUV编队进行研究和开发。
我们结合通信和控制领域的知识，研究了现有的AUV编队论文。此外，我们为建立可行的AUV编队提供了一些建议。
我们总结了几个优秀AUV的配置和几个著名公司的调制解调器产品清单。这个总结可以说明AUV通信和传统的水下传感器通信之间的区别。
我们找出了一些常见的误解和与通信有关的编队控制的可疑研究。例如，我们指出假设一个小的边界延迟对于水下AUV编队控制来说是不现实的和危险的；将控制信息减半并不能将流量减半，事实上，由于控制信息的长度较小和网络协议头的开销较大，它只能将流量减少一丁点。
我们总结并深入讨论了AUV动态和通信约束的数学模型。此外，我们指出了数学模型的潜在假设和限制。
本文的主要贡献是为AUV蜂群编队控制系统提供了一个教程和调查，以满足跨学科的受众，并讨论了在通过分析和模拟来评估所设计的编队控制系统时，从事该主题工作的人的主要错误。
基于设计实用AUV编队的目的，我们列出了几个未来的研究方向。

本文的其余部分组织如下。在第二节中，我们将AUV和编队控制作为背景介绍。在第三节中，我们分别对AUV、编队控制、通信约束和网络拓扑结构进行分类。在第四节中，我们以跨学科的考虑讨论和分析AUV编队。此外，我们确定了几个常见的误解和有问题的研究。我们通过结合通信和控制领域的知识来研究AUV形成的现有论文。未来的研究方向和结论分别在第五节和第六节提出。