按照 UUV 的装备组成归类，关键技术包括推进动力、水下通信、水下导航、水下 探测、布放回收、指挥控制等。
据《无人潜航器对材料的需求与应用研究》，UUV 典型结构一般包含耐压壳体、 承载框架、声纳透声窗、整流罩、轻外壳、翼舵、推进器等。
声纳透声窗材料
声纳透声窗主要功能是将声波信号传输出去和透射进来，并在传输过程中尽可能 降低声波信号的衰减。理想的透声材料是声波入射到透声层，能够无反射、无损 耗通过，特性阻抗与水匹配。透声窗常用材料透声性由强到弱依次为橡胶、玻璃 纤维复合材料、钛合金。相对于橡胶和玻璃纤维复合材料，钛合金密度大，主要 用于水面舰船和潜艇的透声罩。
整流罩及轻外壳材料
整流罩及轻外壳均是 UUV 的最外层部分，主要作用是为 UUV 提供光滑流线外 形，减小航行阻力，同时减小水流对内部声学换能器或其它传感器的扰动，为内 部设备正常工作提供良好的环境。同时，考虑整流罩及轻外壳还应具备一定的防 撞和海流冲击能力，一般要求选用质轻高强的材料制作。 对于重量要求严格的 UUV，整流罩及轻外壳可选择玻璃纤维或碳纤维复合材料， 其次可以选择密度相对小的铝合金或钛合金材料。对于有声隐身要求的 UUV 装 备，其外壳还可选用兼具结构吸声功能一体化复合材料。
固体浮力材料
固体浮力材料是 UUV 装备的重要构件，主要作用是为 UUV 提供浮力。浮力材料 长期在高压的海水环境中工作，要求其具有低密度、耐海水腐蚀、耐压、吸水率 低等性能，其性能的稳定可靠是 UUV 在水下安全工作和正常上浮的重要保障。 固体浮力材料主要分为化学泡沫浮力材料和玻璃微珠复合浮力材料两类。化学泡 沫浮力材料的优势是可以做到很小的密度，最低密度可达 0.008g/cm3，缺点是高 水压下的强度不足，另外吸水率比较高，通常需要在其表面涂覆防渗水涂层，一 般用于工作水深小于 500m 的 UUV 上。玻璃微珠复合浮力材料是由空心玻璃微珠 填充到环氧树脂基体中制备而成，密度范围一般为(0.35~0.70)g/cm3，相比于化学泡沫浮力材料，其强度、吸水率等性能均较优，且易于机械加工，目前已广泛应 用于全海深范围的 UUV 装备。
承载框架和耐压壳体材料
承载框架是 UUV 的重要受力结构件，各种任务载荷、浮力材料、外壳都安装在承 载框架上。承载框架要承受整个 UUV 布放回收、海上恶劣海况下的航行等各种 动载荷的冲击，因此，要求制作承载框架的材料具有高强高韧、加工焊接工艺好、 耐海水腐蚀、无磁或低磁等特性。鉴于该特点，UUV 承载框架优先选用比强度高 且耐海水腐蚀性能优异的钛合金，对于重量要求不严格的承载框架可用无磁或低 磁不锈钢制造。 耐压壳体为 UUV 的电池能源、控制设备、电子机箱等重要设备提供可靠的干燥 环境，同时为总体提供浮力。UUV 在水下工作时，耐压壳体需要抵抗外界水压， 深度每增加 10m，耐压壳体外压增加 1 个大气压。耐压壳体在水下的强度和稳定 性决定了 UUV 的最大下潜深度。通常，对于大深度大直径 UUV 耐压壳体，优先 选用钛合金制作；对于小尺寸、潜深不大的 UUV 耐压壳体可选用铝合金制造，当 选用铝合金制造耐压壳体时，需要采用阳极氧化、微弧氧化和防腐漆等措施对壳 体表面进行完整的防护。
据军事高科技在线公众号，当工作深度大于 1000m 时，采用碳纤维复合材料制成 的 AUV 的壳体结构具有最小的重浮比，但该材料的结构失效形式复杂，如何根 据给定的尺度确定铺层角度、铺层顺序、铺层数、肋骨间距、肋骨截面、肋骨参 数等，以使 AUV 壳体结构稳定性失效压力与各个方向强度失效压力的最小值最 大是设计的难题。
翼舵常用材料
翼舵在 UUV 航行过程中分别起到稳定和转向的作用。UUV 在水面航行时，翼舵 会受到严酷的波浪砰击载荷，因此要求翼舵结构具有足够的强度及刚度。相对于 传统金属舵，采用复合材料夹芯结构制作 UUV 翼舵具有很多优势，可以减小重 量，同时复合材料具有较好的阻尼性，可以改善翼舵的振动水平。复合夹芯结构 舵板外层可采用玻璃纤维增强复合材料或者碳纤维增强复合材料，舵板芯层可采 用固体浮力材料或具有吸声功能的聚氨酯阻尼材料填充。
螺旋桨常用材料
目前 UUV 还是主要依靠螺旋桨将推进电机的转动功率转换为推进力。铜合金材 质的螺旋桨广泛应用于海洋船舶和 UUV，对于重量要求严苛的 UUV，螺旋桨适 合选用碳纤维增强复合材料或铝合金制造。
据军事高科技在线公众号，动力推进系统是 UUV 的“心脏”，通常由能源、电机 /发动机、推进器等部件组成。当前，UUV 的动力推进系统主要是以电动力为主， 通过电池驱动电机来为 UUV 航行提供动力。 UUV 动力能源有铅酸电池、银锌电池、锂离子电池以及燃料电池等。铅酸电池和 银锌电池比能量较低，现已被锂离子电池取代。锂离子电池的比能量是铅酸电池 的几倍，是中小型潜航器的主要动力源，美国的金枪鱼系列均采用锂离子电池， 比能量最高达 210Wh/kg。燃料电池的比能量比锂离子电池高，高达 400Wh/kg， 使用该电池可将潜航器续航时长提升数倍，多用于远航程 UUV 上。对于大型潜 航器，各国开始采用与常规潜艇类似的柴电动力系统。
与内燃机推进系统相比，电池可用能量仅为相同数量的柴油机燃料的能量 1/10。 航行推进功率随着运行速度迅速增加，在功率一定的情况下，通常的解决方案是 缓慢加速，以满足航程要求。与水面舰艇相比，UUV 在航程和速度方面的发展受 到限制。比能量（Wh/kg）是单位质量电池所能放出的能量，是电池重要性能指标。 1994 年，美国水下作战中心提出了 UUV 对电池比能量的长期目标，以银锌电池 （比能量 80~120Wh/kg）为基准，UUV 电池动力系统的近期目标是提升至该基准 的 4 倍，长期目标是提升至该基准的 10 倍。
新型蓄电池未来仍将大量应用在便携式、轻型及重型 UUV 上，研究的重点在改 进正负极材料比容量，以提高电池的能量密度。燃料电池大多处于实验室开发阶 段，各国开始试验重整制氢技术，寻找新型燃料，用以研制高功率密度的燃料电 池。混合动力技术将采用较高能量密度和功率密度的燃料电车和电池组系统。利 用可再生能源、水下充电技术、浮力推进、核动力等动力能源也将得到更多的研 究和应用。
据《水下无人潜航器无线通信技术研究》，水下通信方式主要可分为“声光电”三类， 即水声、激光与电磁波通信。任意单一的通信手段均不足以满足需求，故综合采 用多种通信方式是无人潜航器的必然发展方向。
电磁波通信
电磁波通信方式在水下与空气中的实现原理并无区别。但由电磁波信号在水下传 播的信道特征可知，传输速率与穿透海水能力不可兼得。高频信号虽然带宽大、 传输速率高，但几乎不具备穿透海水能力；低频信号具有一定穿透海水能力，但 带宽小、传输速率低。因此，无人潜航器所采用的电磁波通信方式可以分为以短 波为代表的水面通信和以甚低频为代表的水下通信。
水面通信：要求天线处于水面以上，一般采用短波、超短波、卫星等几乎不具备 穿透海水能力的频段，具有通信距离远、传输速率高、接收装置功耗小、体积小 等优势，是目前无人潜航器标配的通信方式。装备方面的代表有挪威的 Hugin3000 水下无人潜航器采用 400MHz 特高频，可实现通信距离 2km~3km；美国的海上无 人系统采用 WiFi 2.4GHz 特高频；由 Dataradio 公司制造的 400MHz 特高频电台， 通信速率可达 9600bps。 水下通信：水下电磁波通信的需求主要来源于军事上对无人潜航器隐蔽性的要求， 这与潜艇类似。水面电磁波通信虽然具有传输速率高的优势，但因需浮出水面导 致容易被敌方发现。利用甚低频、超低频等可以穿透海水的频段通信，水下电磁 波通信则可以为无人潜航器提供一定的隐蔽性。受潜航器的尺寸限制，潜艇上使 用的数百米拖曳天线方案并不适用，相应催生了若干接收天线小型化的技术，如 超导量子干涉器、磁性天线等。
针对无人潜航器尺寸受限的特点，水面和水下两种电磁波通信方式对应的关键技 术分别是天线集成化与天线小型化。在美海军 2020 年发布的小企业创新研究指南 （Navy SBIR）中明确给出了适用于 PMS406 型剃刀鲸（Razorback）中型无人潜 航器的集成天线设计指标：a）覆盖高频到 L 波段，b）具备伸缩功能，c）尺寸不 大于 24×2.9×3 英寸，且与无人潜航器壳体共型。该指南由美国 PSI 公司中标，实 现多波段天线的集成，替换了多型现役天线，大大节省了无人潜航器通信载荷占 用的空间与重量。
激光通信
水下激光通信利用光波传递信息，波长为 450nm-550nm 蓝绿激光在海水中为低损 耗窗口，被用于实现无人潜航器的水下激光通信，因此也称为蓝绿激光通信。蓝 绿激光通信有很高的传输速率，在近距离通信中，其通信速率可达到 100Mbps， 远远高于声波和低频电磁波在水下环境中所能达到的通信速率。据了解，目前尚 无无人潜航器装备了激光通信设备，但业界已取得了突破性的进展。最具代表性 的是日本国立海洋研究院开发机构于 2017 年完成了水深 700m-800m 海洋环境水 下移动物体间蓝绿激光通信，通信距离超过 100m，速率达 20Mbps。
水声通信
水声通信利用声波进行水下通信，发射机将电信号调制为声波后在水中传播，接 收机将声波解调为电信号实现信息传递。水声通信因其传输距离远的特性是目前 无人潜航器所采用的主要水下通信方式。装备方面的代表有：美国 AN/BLQ-11 采 用 LinkQuest 公司研制的 UW4000 型水声通信系统，该调制解调器的最大工作范 围为 4000m，最大传输速率为 3.13kbps；美国的 Bluefin 和 Remus 系列无人潜航 器均采用 WHOI 研究所研制的低功耗水声通信调制解调器 Micro⁃modem，传输速 率为 80bps~5400bps。
磁感应通信
无线磁感应通信技术是近年来新兴的一项无线通信技术，依靠小尺寸耦合线圈感 应出磁场分量进行通信，磁场信号比电磁波更能有效地穿透有损耗的水下介质。 水下无线磁感应通信具有稳定的信道状态，因为其信道状态主要取决于信号传输 介质的磁导率大小，而水下环境中的传输介质具有相同的磁导率。磁感应信号在 传输介质中以光速传播，所以磁感应通信的传输时延可以忽略。磁感应通信的线 圈可通过普通铜导线制作，结构简单、造价低廉。现有有关水下磁感应通信技术 的研究主要还停留于理论分析与仿真实验阶段，存在水下环境信道模型研究不够 充分、传输距离有限等问题，距离实用还存在较大差距。
据《自主式水下无人潜航器导航系统的应用与展望》，水下导航系统作为 AUV 的 关键系统，不仅可以有效地保障 AUV 的行进安全和回收安全，也是获取相关探 测信息的基准，对执行水下任务的成功具有重要意义。由于水下环境复杂多变， 全球定位系统（Global Positioning System， GPS）等电磁信号在水中的传播能力 有限，因此惯性导航和声学定位系统(Acoustic Positioning System， APS)仍是水 下导航的主要方式。其中惯性导航系统以光纤陀螺和激光陀螺为主，MEMS 陀螺 等低成本惯性仪表则应用较少。惯性导航系统的精度需要仍需不断提升，以满足 未来小型深远海 AUV 的低成本需求。
水下探测技术是指通过声、光、电磁等手段，利用侧扫声纳、激光探测仪、水下 电视等装置对目标进行探测-观察-识别的技术。目前较为成熟的水下探测手段为 光电探测和声学探测。 光电探测是综合利用可见光、激光、红外线等光束对水下目标进行探测识别，其 中激光探测效果最好，是未来水下目标探测的重点研究方向。如美国雷神公司的 LS4096 系列水下激光扫描系统，能够实现对不同类型水雷的远距离测扫识别。 声学探测是使用合成孔径声纳，通过总结探测目标不同位置信号的移动特征以合 成孔径基阵，进而获得高分辨率定位，合成孔径声纳具有覆盖区域广、分辨率高、 识别速度快等优势，特别适合水雷、潜艇等水下目标的探测。
UUV 的布放回收按照载体的不同可分为水面舰艇式、潜艇式、海底坞站式 3 种。 水面舰艇式布放回收又可细分为人工式、专用吊臂式、斜道滑槽式等子类，潜艇 式布放回收则可分为鱼雷发射管式、导弹发射管式、背负式等子类。
由于 UUV 需保持长时水下工作状态，导致通信难度较大，因此相较其他无人装 备，其实时指挥控制能力偏弱。目前该领域发展前景较为可观的研究方向是通过 任务规划将 UUV 的行动计划和方案预先加载到其指控系统中，并预置具有模型 解算、规则分析等功能的智能化模块，使其具备自主航行、自行编组、方案决策、 信息共享等智能化指控能力。UUV 指挥控制技术将向以自主控制为主，以基于有 限通信窗口的人在回路调控为辅的综合指控方式迭代发展。 据《水下无人航行器装备技术发展与作战应用研究》，水下自主控制技术是无人航 行器控制技术发展重点，目前国外已实现预定路径一定程度的自主判断，正在开 展自主探测定位识别、目标意图判断、渔网渔具目标规避等任务能力建设，积极 发展面向任务的信息处理与深度学习能力。在美国大型、超大型无人航行器研制 中，也将水下自主避障、水面障碍规避与自主决策、渔网规避与自主脱困作为关 键能力由军方主导推进。
协同控制以水下有人无人协同与水下无人集群控制为重点方向，在水下有人无人 协同方面，2016 年美海军已通过无人机作为通信中继，实现水下有人平台对无人 航行器的远程控制，并在 2017-2019 年海军先进技术中重点展示了以卫星为通信 中继的有人无人远程控制协同作战构想；在水下无人集群控制方面，2019 年美海 军实现数十艘 Swarm Diver 微型航行器集群编队控制，采用蜂拥算法控制与水面 无线电通信模式，实现多航行器任务分配与协同路径规划。
