深海声传播信道和目标被动定位研究现状

随着我国海洋技术逐渐从近浅海向深远海的战略性转移,深海目标远程探测技术逐渐受到重视。海洋中目前已知的可用于远距离传播的信号是声信号,海洋是"声透明"的。基于水声传播特性的新型水声技术是实现装备探测能力突破的关键。文章主要概述了目前研究比较集中的深海表面波导、表面波导泄露、会聚区、海底弹射和可靠声路径5种深海声传播信道,以及基于可靠声路径的目标被动定位方法。旨在通过梳理深海声传播规律及相关被动定位技术,为水声技术的快速发展提供思路。     

不忘初心,再创辉煌:声呐技术助推海洋强国梦

水声是人类迄今为止所知道的唯一能在海洋里远距离传播的能量形式。其他的物理媒介,如可见光、电磁波、激光等在海水里传播时会很快衰减掉,因而无法传向远方。凡是利用水声能量进行观测、通讯的系统,均称为声呐系统。水声信号处理和声呐技术是一门发展迅速、需求推动力强大、应用前景异常广阔的学科。在声学领域的众多分支学科中,没有其他学科像水声学那样,其发展受着战争需求的推动。反过来,水声学的发展又为水下战武器装备的研制和创新注入活力。文章介绍我国改革开放40年来水声信号处理和声呐技术领域的研究进展和发展前景。包括水声信号建模、声场匹配、海洋波导和内波现象的探索与研究、水声信道的时/空相关特性、水下目标辐射噪声的提取及检测技术、高分辨力水下成像技术,以及水下语音、图像传输和抗干扰技术。文章还介绍了我国"863"计划海洋监测主题所取得的成就。提出了我国水声信号处理和声呐技术领域的发展前景,包括深海声学、北极声学、安静型潜艇辐射噪声检测、水下-水面-空天一体化信息获取和融合技术等,以及在建设海洋强国战略中不可替代的独特作用。     

水声目标特征分析与识别技术

水声目标识别技术是水下信息获取和水下信息对抗的重要支撑技术,其核心是目标特征提取。文章针对水声目标辐射噪声和目标回波信号,探讨总结了水声目标信号的主要声源及目标特征表征、水声信号特征分析与提取方法、常用的水声目标分类识别方法,分析了水声目标特征提取与识别技术面临的问题,提出了今后的技术发展方向。     

水声定位导航技术的发展与展望

声波是迄今为止唯一有效的水下无线信息载体,水声定位导航是人类依赖众多水下航行器进入深海、探测深海和开发深海的关键。自"十五"计划以来,我国水声定位导航技术进入了快速发展期,从理论、技术到装备均取得了长足的进步。文章介绍了我国的相关技术发展历程及相关产业的现状,并探讨了面向新时期支撑和保障我国海洋利益诉求所需的水声定位导航技术手段与能力。     

极地水声信号处理研究

北极地区因其特殊的战略地位和地球持续变暖的趋势而备受关注。北极及其毗邻海域的水声学研究在北极海洋科学研究中占有重要的地位。极地水声信号处理较其他水声信号处理领域研究起步较晚,主要针对极区海域特别是北极海洋环境开展水声环境效应及其适配处理研究。文章介绍二战结束后开始的北极及其毗邻海域的水声学研究概况,并说明这一特殊海域的海洋水声研究的特点和有别于传统水声研究的内容。介绍北极水声环境研究的重要性,以及对水声信号处理、声呐装备的特殊要求,和我们应该采取的应对措施。     

水下目标探测与跟踪关键技术研究

海洋对于人类来说是一个富饶而又神秘的宝库,在当今全球资源严重短缺的环境下,海洋以其丰富的矿产资源、食物资源和油气资源成为了人类实现可持续发展的重要探索目标之一,因此现阶段世界各国都加大了对水下世界的探测和研究,发展海洋工程技术已经成为既紧迫又长远的问题。二十世纪末以来,水下作业技术得到了迅速的发展,尤其是对水下目标的探测技术引起了国际上很多国家的关注,美国、俄罗斯、英国加拿大以及中国都设立了专门的水下目标探测研究机构或者在国内高校设立了专门的课题实验室对该技术进行研究,为水下目标探测的发展做出了重要的贡献。     

水声图像增强技术研究

图像增强是水声图像处理的重要环节,主要侧重于图像降噪、边缘提取和有效目标信息的增强等。本文研究了水声图像处理领域常用的降噪与增强技术,并以海洋中常见的扇贝目标的水声图像为样本进行了试验,分析了该类水下目标声学图像的噪声干扰分布特点。在对比了各类图像增强技术的处理效果之后,本文具体给出了类似水声图像增强时的一般处理步骤,为该类目标水声图像降噪与增强处理方法的选取提供了有力的参考。     

深海技术装备研制现状与展望

历经近半个世纪的努力,我国海洋技术与装备取得了长足的进步和发展,尤其是近年来,深海技术与装备的发展为我国海洋科学的创新提供了新的动力。中科院战略性先导科技专项"热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响"以科学需求为导向,追踪国际前沿,立足我国深海技术装备发展现状,提出研制科学应用目标明确的深海探测与作业装备,形成具备利用自主式观测系统、连续观测与作业系统以及新型海洋传感器及采样设备开展综合性海洋探测与作业的能力。专项执行4年的时间,深海技术装备面向专项科学目标,形成了具有完全自主知识产权的技术装备,形成了一批有影响的成果,为海洋科学研究提供了先进的技术手段,推动了我国深海探测与作业技术的发展,在我国深海技术装备发展中发挥了重要的先导作用。     

浅谈水声信号的调制方式识别

在我国海洋事业风生水起的当今社会,海洋业的建设对于我国的国防事业和渔业的发展都是一个里程碑的意义。而在水下的工程作业必然会设计和研发水下信息的传播技术,这就是水声信号,这种信号的传播会受到很多因素的影响。因此,对于它的调配和运用也非易事,需要通过大量的研究和探索对于水下波动的信号进行了解,将水下的干扰因素降到最低,从而使其发挥出最大的作用来探测水下信息,这些信息和信号的采取和调制运用了很多的科技技术,这就是水声信号的作用,它的调制和发展对我国的海洋管理有重要作用。     

水声通信技术进展

水声通信技术是海洋领域中具有重要地位的核心技术,对水下观测、作业和军事活动具有重要的支撑作用。水声信道的复杂性使得水声通信的通信速率、通信距离和通信的稳定性受到极大限制。非相干通信技术对信道适应性更强,目前得到广泛应用;相干通信技术通信速率比非相干通信技术提高一个数量级,但受信道限制更大,目前还在发展完善;为了进一步改善通信的性能,正在不断完善自适应均衡算法、纠错编码算法等,也在开展时反技术、多输入多输出技术等新方法的研究。国内中国科学院声学研究所等研究机构开展了水声通信与组网技术各个方面的理论研究,样机研制和湖海试验发展迅速。特别是近15年来,国家加大了对水声通信和组网技术的支持力度,缩短了我国和国外的技术差距。但就总体而言,我国在理论研究和产品两方面仍滞后于美国等国家5年左右,需要继续大力发展水声通信算法研究、网络协议研究、试验与应用研究、换能器和数字系统等硬件的研制、水声通信产品开发等方面。     

GAPS超短基线声学水下定位技术及其在海洋调查中的应用

GAPS水下定位系统是法国IXSEA公司开发的一套便携式声学超短基线水下定位系统,具有安装方便,操作简单、精度高等特点。本文分析了水下定位系统的分类和原理,并以GAPS超短基线水下定位系统为例分析了其组成,原理,工作过程及误差分析,并简单介绍了其在海洋地质调查中的应用。     

水下潜器全球研发前沿识别与国家研发布局

为把握全球水下潜器领域的研发前沿、国家布局及其未来研发方向,基于水下潜器领域SCI论文和发明专利数据,采用引文网络和专利地图方法,通过定义引文网络中的高被引论文、高频词、高被引新词以及专利地图中的重要专利、高频概念词等指标,综合专家意见,对水下潜器领域基础研究前沿和技术开发前沿进行识别;同时,基于引文网络中的论文总被引次数和重要专利总被引次数,对比分析主要国家在水下潜器领域的研发布局。结果显示：全球水下潜器领域研发处于活跃状态,其中无人自治式潜水器（AUV）方向一直保持较高的热度,相关研究起步早且发文体量大、增速最快;无人潜器应用研究方面的文献被引用量高、参与单位多、发表期刊水平高;AUV布放回收、通用技术、载荷以及无人遥控潜水器在油气业的应用等方向影响力最大;中国相关研发活跃、产出丰富,但缺乏相关技术的理论研究,产品市场竞争力较弱。     

深水应答器定位、导航技术研究

声学定位技术的发展速度非常快,其应用也越来越广泛。当前大多海洋工程,如海洋油气开发、深海矿藏资源调查、海底光缆管线路由调查与维修等,需要声学定位系统(acoustic positioning system)对水下拖体进行导航定位,如水下遥控机器人ROV(remotely operated vehicle)、水下无人及其人UUV(unmanned underwater vehicle)、水下自动机器人AUV(autonomous underwater vehicle)、声纳设备的水下拖鱼(towfish)等。本文就声学定位导航系统的发展现状、声学定位系统的原理、分类、不同类别的优缺点以及系统的技术发展等进行简单的研究。     

水下观测和探测装备能源供给技术现状与发展趋势

在认知、探索海洋的过程中，水下观测和探测装备是海洋进入、海洋探测的必备设施，为海洋资源的开发与利用提供着技术保障，是我国实施海洋战略、建设海洋强国的重要抓手。然而，受限于当前能源供给水平，水下装备存在作业能力单一、单次续航时间短等问题，不能满足复杂工况下长期运行的需求。随着世界各国海洋资源开发与海疆防卫日趋白热化，“透明海洋”工程和海底工厂建设迫切需要建造智能化水下装备集群，亟须高能量密度、高安全、高可靠、长寿命的能源动力支撑。因此，我们要创新水下能源供给模式，构建“发、储、输、用”多能互补的强大的水下能源基站，攻克水下能源供给技术瓶颈，为智能化、集群化水下装备提供充足的能源动力，以更好地助力我国海洋强国建设。     

市场导向下科研人员创新过程特点及其对我国科技成果转化的启示——对水下捕捞机器人创新过程的扎根研究

以水下捕捞机器人技术为研究对象,基于扎根理论,构建市场导向下的科研人员创新过程模型.研究发现,在制定技术路线时科研人员需整合其他领域的相关技术,在对市场需求进行解析时科研人员可能出现较大的误判,科研人员对自身的研究领域存在着路径依赖.根据研究结果,针对市场导向的科研项目提出研究和建立市场导向的科技项目管理机制、以中小企业为创新主体引入目标用户评价机制等建议.