Argo浮标是一种可以在海洋中自由漂移,以净浮力为驱动力完成下潜、上浮运动,并基于搭载的传感器采集海水温度、电导率(盐度)和压力等参数的新型自主航行器。Argo浮标具有能耗低,续航能力强,探测范围广,原理简单,噪声低等优点,已成为一种重要的海洋观测平台。本文以课题组自主研发的4000米深海自持式智能Argo浮标为研究对象,进行了浮标壳体外形优化、运动建模以及基于Sobol’法的能耗和航程参数的灵敏度分析,并介绍了浮标的一系列测试试验。主要研究成果以及创新点如下:1.在浮标壳体外形优化中,将艏部形状系数、艉部形状系数、艏部长度与浮标总长的比值、艉部长度与浮标总长的比值定为设计变量,以壳体阻力、质量以及包络体积作为优化目标,借助最优拉丁超立方法进行试验设计,通过得到的试验数据,建立各优化目标关于设计变量的响应面近似模型;通过快速非支配排序遗传算法NSGA-II进行多目标优化,从得到的Pareto前沿中选取一组解作为第二代Argo浮标壳体的最终设计方案;通过仿真和实验证明了方案的可行性,并基于主效应分析得到了 4个设计变量对优化目标的影响规律及影响程度。2.建立了浮标在洋流影响下的运动学模型和动力学模型。建立惯性坐标系、机体坐标系和速度坐标系并定义相关运动参数,通过各坐标系之间的转换推导得到浮标的运动学方程;对浮标进行受力分析并对浮标整体进行模型概化,通过计算浮标-水系统的总动能并基于动量定理和动力学定律推导得到浮标的动力学方程;通过简化得到浮标在垂直面内的运动学模型,进一步简化得到浮标在垂直面内稳态运动时的运动学模型。3.介绍了浮标的单剖面运动流程,基于运动学和动力学模型,分别计算了各子系统在单剖面内的能耗,建立了浮标在垂直面内稳态运动时的单剖面能耗模型,并根据浮标的运动流程及相关参数推导得到浮标的航程模型。通过理论推导、实验验证以及实际设计要求确定了需进行灵敏度分析的参数的取值范围及其分布方式,基于Sobol’全局灵敏度分析方法得到了各参数关于单剖面能耗模型和航程模型的一阶灵敏度系数和总灵敏度系数,为设计人员在设计过程中降低浮标能耗,提高浮标航程指明了优化方向。