水聲探測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

水聲探測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介隨著海洋開發(fā)的日益深入，用于水下探測(cè)的相關(guān)技術(shù)越來越受到人們的重視。水聲探測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)有水聲換能器和信號(hào)處理。水聲遙控系統(tǒng)框架、應(yīng)用情況，發(fā)展情況近年來，由于軍事和海洋開發(fā)的要求，人們開始越來越重視水下通信系統(tǒng)的研究與開發(fā)。由于電磁波在水中傳播時(shí)衰減嚴(yán)重。而聲波是人類迄今為止已知的唯一能在水中遠(yuǎn)距離傳播的能量形式，所以海洋中檢測(cè)、通信、定位和導(dǎo)航主要利用聲波。水聲換能器水聲換能器是把聲能和電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換器件。在聲納中的地位類似于無(wú)線電設(shè)備中天線，是在海水中發(fā)射和接收聲波的聲學(xué)系統(tǒng)。其中把聲能轉(zhuǎn)換為電能的換能器叫作接收器或水聽器；把電能轉(zhuǎn)換為聲能的換能器叫作發(fā)射器。有些聲納用同一只換能器來發(fā)射和接收音拐一些則使用分開的發(fā)射器和水聽器。通常按換能器的機(jī)理把水聲換能器分為5類。動(dòng)圈換能器載有信號(hào)電流的環(huán)形線圈在磁鐵的環(huán)形縫隙中的恒定磁場(chǎng)里運(yùn)動(dòng)，線圈的運(yùn)動(dòng)傳到與外殼相連的膜片上向外部介質(zhì)輻射聲波這種換能器被廣泛用作水下寬帶校準(zhǔn)聲源。靜電換能器當(dāng)在一個(gè)介電媒質(zhì)分開的表面充以不同電荷時(shí)，將互相吸引而產(chǎn)生力，當(dāng)電荷變化使力改變時(shí)，可以使與它相連的膜片運(yùn)動(dòng)從而向外輻射聲波，靜電換能器在空氣中有廣泛應(yīng)用，如電容傳聲器。但在水聲中應(yīng)用很少?？勺兇抛钃Q能器它是靜電換能器的磁學(xué)類比改變通電線圈中的電流引起磁板面間縫隙中力的變化產(chǎn)生膜片的振動(dòng)從而幅射聲波。磁致伸縮換能器它最適合于在聲阻抗較高的介質(zhì)如海水中工作，在水聲中廣泛應(yīng)用。壓電換能器它可以由真正的壓電材料如石英，也可以是由已極化的電致伸縮材料制成，如特種陶瓷，目前用的較多的是欽酸鋇錯(cuò)。信號(hào)處理隨著信號(hào)處理技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是以數(shù)字信號(hào)處理器及其相關(guān)算法為技術(shù)支撐的數(shù)字濾波技術(shù)的出現(xiàn)，使得信號(hào)濾波處理的性能得到了大幅度的提高。在水聲信號(hào)處理器的研制中，采用廠針對(duì)性的自適應(yīng)濾波模塊，應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和相應(yīng)的軟件算法對(duì)海洋環(huán)境條件下的水聲信號(hào)進(jìn)行處理，從而克服了海洋環(huán)境噪聲、自噪聲及干擾信號(hào)，增強(qiáng)了被測(cè)信號(hào)的有效性，并順利實(shí)現(xiàn)了海洋復(fù)雜環(huán)境條件下水聲信號(hào)處理功能。自適應(yīng)系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是具有時(shí)變和白動(dòng)調(diào)整性能。它可以通過自身與外界環(huán)境的接觸來改善自身對(duì)信號(hào)處理的性能，而無(wú)需知道信號(hào)的結(jié)構(gòu)和信號(hào)的實(shí)際知識(shí)，假如一個(gè)自適應(yīng)濾波器輸入的僅為有用信號(hào)，它可以調(diào)整為一個(gè)全通濾波器；若輸人為有用信號(hào)并摻雜噪聲，則町自動(dòng)調(diào)整為一個(gè)帶通濾波器。海洋環(huán)境條件惡劣.海洋環(huán)境噪聲和傳感器的自噪聲，使得水下聲信道的信號(hào)變得十分復(fù)雜，在水聲傳感器使用中，往往很難獲得水聲信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，自適應(yīng)信號(hào)處理方法恰好為傳感器性能的提高提供了條件。自適應(yīng)信號(hào)處理方法恰好為傳感器性能的提高提供了條件。自適應(yīng)濾波技術(shù)在水聲信號(hào)處理器中的應(yīng)用，不僅解決了對(duì)已知信號(hào)的自動(dòng)濾波和跟蹤，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也更為簡(jiǎn)化，動(dòng)態(tài)性能大為改善，而且還縮短了信號(hào)的處理時(shí)間，使信號(hào)實(shí)時(shí)處理變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。水聲探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展水聲探測(cè)技術(shù)在海洋觀測(cè)和水下目標(biāo)探測(cè)中占有很重要的地位，是實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)遙測(cè)的主要手段，但以前偏重于軍事應(yīng)用。隨著冷戰(zhàn)時(shí)代的結(jié)束，大量軍事應(yīng)用水聲技術(shù)轉(zhuǎn)向民用，海洋聲探測(cè)技術(shù)將會(huì)得到較快的發(fā)展。目前，國(guó)際上比較成熟或正在發(fā)展的海洋聲探測(cè)技術(shù)是海流剖面測(cè)鐾技術(shù)、聲成像技術(shù)、魚群探測(cè)技術(shù)、聲層析技術(shù)、聲學(xué)多波束測(cè)深技術(shù)及聲通訊技術(shù)。合成孔徑聲吶是利用接收基陣在拖曳過程中對(duì)海洋中目標(biāo)反射信號(hào)的時(shí)間采樣，經(jīng)延時(shí)補(bǔ)償構(gòu)成目標(biāo)的空問圖像。它以小孔徑的基陣獲得大孔徑基陣才具有的分辨率，國(guó)際上一直到1992年才在技術(shù)上有所突破，并且出現(xiàn)了被動(dòng)和主動(dòng)兩種工作方式的合成孔徑聲吶，1995年完成了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。作用距離達(dá)到400m,分辮率達(dá)到10cm。國(guó)外目前的發(fā)展趨勢(shì)是提高分辨牢和作用深度。聲層析技術(shù)是美國(guó)人于1979年提出來的概念，其原理類似于醫(yī)療器械CT,它通過溯量聲速傳播的時(shí)間來計(jì)算傳播路徑上的平均溫度，通過測(cè)冒聲在雙聲線傳播的時(shí)問差來測(cè)量上升流、通量、渦流等動(dòng)力參數(shù)AT0C計(jì)劃利用了聲層析中的測(cè)溫方法，可以監(jiān)測(cè)兩點(diǎn)之間萬(wàn)公里級(jí)距離內(nèi)的溫度平均變化，從而監(jiān)測(cè)氣候波動(dòng)與溫度渡動(dòng)之間的相關(guān)關(guān)系。我國(guó)已經(jīng)參加了AToC計(jì)劃。這是目前國(guó)際上很熱門的一項(xiàng)研究計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。水下聲多媒體通訊技術(shù)在水下聲圖像、數(shù)據(jù)及語(yǔ)音通訊中有重要應(yīng)用價(jià)值，是很有開發(fā)前景的高技術(shù)，關(guān)鍵要解決的問題是增加傳輸距離，提高圖像的分辨率，降低誤碼率。國(guó)外正在研究100km級(jí)的聲數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。目前6km左右的聲數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)已成熟，并已商品化，波特率為1200，國(guó)內(nèi)已開展了一些研究，取得較好的成果。海洋環(huán)境要比陸地環(huán)境更為復(fù)雜、更為惡劣、更為多變。在海洋環(huán)境下作業(yè)將遇到鹽霧、海水、高壓、臺(tái)風(fēng)、大浪等惡劣環(huán)境的干擾，長(zhǎng)時(shí)間工作的水下儀器設(shè)備還要受到海洋附著生物的污損，海上試驗(yàn)儀器設(shè)備還可能受到漁民的干擾。這些環(huán)境條件都為海洋觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展增加了很多的風(fēng)險(xiǎn).也增加了很多的困難。一臺(tái)經(jīng)室內(nèi)檢測(cè)和試驗(yàn)非常優(yōu)良的儀器設(shè)備，投入海上使用時(shí)，會(huì)因細(xì)小的水密不良或鹽霧對(duì)接插件的腐蝕，使全套儀器功能損失殆盡，變?yōu)椤皬U銅爛鐵”或根本不能工作，而這套儀器有可能投入數(shù)百萬(wàn)元的巨資，因此發(fā)展海洋高技術(shù)要有良好的經(jīng)濟(jì)支撐能力，會(huì)有較大的風(fēng)險(xiǎn)。另外，海洋環(huán)境的多變性，也增加了海洋技術(shù)發(fā)展的難度。如衛(wèi)星遙感在陸地環(huán)境和資源遙感探測(cè)中已發(fā)揮了重大作用，地理信息系統(tǒng)(GIS)也已獲得較為廣泛的應(yīng)用，但衛(wèi)星遙感在海洋環(huán)境和資源遙感探測(cè)中的資料利用率卻相當(dāng)?shù)?，要在海洋上建海洋地理信息系統(tǒng)也是相當(dāng)困難的事。因此，對(duì)海洋環(huán)境的監(jiān)測(cè)往往要求實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，以期能較為真實(shí)地反映海洋環(huán)境，這也增加了海洋觀測(cè)技術(shù)發(fā)展的難度。水聲測(cè)深技術(shù)作為用于水下探測(cè)的一種重要技術(shù)，主要用來測(cè)量水中物體的位置及形態(tài)和對(duì)水下地形的描繪。

QinetiQ蛙人探測(cè)聲納聲波是目前人類所知唯一能在水下遠(yuǎn)距離傳播的能量形式，聲納利用水聲技術(shù)探測(cè)水下目標(biāo)和水下通信，水聲技術(shù)是各國(guó)海軍進(jìn)行水下監(jiān)視使用的主要技術(shù)，用于對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、分類、定位和跟蹤;進(jìn)行水下通信和導(dǎo)航，保障艦艇、反潛飛機(jī)和反潛直升機(jī)的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)和水中武器的使用。隨著現(xiàn)代聲納技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，新一代聲納具有更先進(jìn)的探測(cè)性能和更遠(yuǎn)的探測(cè)距離，一些高科技聲納還具有相當(dāng)高的分辨率，能夠識(shí)別蛙人和可疑水下航體。條帶測(cè)探儀測(cè)量圖在現(xiàn)代海洋高新技術(shù)的介入和支撐下，水下地形聲學(xué)探測(cè)技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展，現(xiàn)已成為世界各海洋國(guó)家在海洋測(cè)繪方面的重要研究領(lǐng)域之一，在探索洋底地貌、海戰(zhàn)保障、建設(shè)海洋工程、開發(fā)海洋資源、發(fā)展海洋科學(xué)、維護(hù)海洋權(quán)益等方面都發(fā)揮了極為重要的作用。其發(fā)展大體經(jīng)歷了經(jīng)典回聲測(cè)深、旁視聲吶掃測(cè)、多換能器掃測(cè)、多波束測(cè)深、相干聲吶測(cè)深五個(gè)階段。在海洋探測(cè)技術(shù)中，包括在海洋表面進(jìn)行調(diào)查的科學(xué)考察船、自動(dòng)浮標(biāo)站，在水下進(jìn)行探測(cè)的各種潛水器，以及在空中進(jìn)行監(jiān)測(cè)的飛機(jī)、衛(wèi)星等。中國(guó)“蛟龍”號(hào)深海載人潛水器相關(guān)鏈接：所謂的蛙人（frogmen），就是擔(dān)負(fù)著水下偵察、爆破和執(zhí)行特殊作戰(zhàn)任務(wù)的部隊(duì)，因他們攜帶的裝備中有形似青蛙腳形狀的游泳工具，所以稱之為“蛙人”。長(zhǎng)時(shí)間在水下游動(dòng)而戴著面罩、備有腳蹊、橡皮衣、氧氣筒等擔(dān)負(fù)特殊任務(wù)的兩棲部隊(duì)。我國(guó)海岸線長(zhǎng)約1.8萬(wàn)公里，沿海多是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大城市和重要的軍事港口，港口及近岸防御的壓力巨大。聲波是目前人類所知唯一能在水下遠(yuǎn)距離傳播的能量形式，聲納利用水聲技術(shù)探測(cè)水下目標(biāo)和水下通信，水聲技術(shù)是各國(guó)海軍進(jìn)行水下監(jiān)視使用的主要技術(shù)，用于對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、分類、定位和跟蹤;進(jìn)行水下通信和導(dǎo)航，保障艦艇、反潛飛機(jī)和反潛直升機(jī)的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)和水中武器的使用。聲納有效抵御來自水下的恐怖份子的襲擊。隨著國(guó)家安全組織的要求和現(xiàn)代軍事擴(kuò)展包括防御恐怖份子的襲擊和打擊恐怖主義，發(fā)展了對(duì)于水下戰(zhàn)斗蛙人的抵御研究。隨著現(xiàn)代聲納技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，新一代聲納具有更先進(jìn)的探測(cè)性能和更遠(yuǎn)的探測(cè)距離，一些高科技聲納還具有相當(dāng)高的分辨率，能夠識(shí)別蛙人和可疑水下航體。國(guó)外目前已經(jīng)開發(fā)出許多新型的蛙人探測(cè)聲納，這些聲納可用于探測(cè)蛙人和其它作用。以色列開發(fā)出新型蛙人探測(cè)聲納2005年7月，以色列開發(fā)出新型蛙人探測(cè)聲納(DDS)。DDS是目前世界上能遠(yuǎn)距離探測(cè)封閉式呼吸蛙人的可靠系統(tǒng)，可在強(qiáng)烈的海洋噪音和混響條件下保持預(yù)警能力。對(duì)攜帶封閉式呼吸裝置的蛙人，DDS的最小探測(cè)距離達(dá)到700m;對(duì)于攜帶開放式呼吸器的蛙人，DDS探測(cè)距離達(dá)到1000—2000m;對(duì)于有動(dòng)力系統(tǒng)的蛙人運(yùn)載器(SDV)，DDS探測(cè)距離能夠延伸到1400—2000m。DDS系統(tǒng)是由水面和水下設(shè)備組成，以一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為指揮控制設(shè)備，通過鋪設(shè)在海底的光纖連接到海岸線不同水域和距離上的多個(gè)聲納節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)大多隱藏在海底礁石或是港灣進(jìn)出口。DDS系統(tǒng)采用了相對(duì)很低的工作頻率(60kHz)和更大的陣列，且運(yùn)用信號(hào)處理算法用于自動(dòng)探測(cè)、跟蹤和分類。DDS系統(tǒng)發(fā)射陣采用垂直線列陣，接收陣的結(jié)構(gòu)為水平陣列，像一個(gè)十字架，且每?jī)山M陣列背向安裝。該系統(tǒng)可選擇五種配置方案，覆蓋360度、270度、180度或90度扇面的固定設(shè)備，及360度掃描陣列系統(tǒng)。該系統(tǒng)的抗反射特性依靠的是在垂直和水平方向上很窄的波束、歸一化處理、編碼脈沖、垂直發(fā)射波束中較少的旁瓣，和一個(gè)聲納預(yù)報(bào)模式預(yù)報(bào)探測(cè)距離。該系統(tǒng)能自動(dòng)跟蹤20個(gè)目標(biāo)，提供距離、方向、深度和多普勒速度數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的圖像處理技術(shù)，跟蹤數(shù)據(jù)可合成為一張圖，在計(jì)算機(jī)控制臺(tái)上顯示。英國(guó)蛙人探測(cè)系統(tǒng)奎奈蒂克公司于2005年9月向英國(guó)國(guó)防部交付了蛙人探測(cè)系統(tǒng)(DRS)。DRS系統(tǒng)具有探測(cè)和導(dǎo)航功能，可用于支持瀕海和兩棲作戰(zhàn)、海灘搜索、港口警戒、蛙人探測(cè)、內(nèi)陸水系調(diào)查、考古等。探測(cè)主傳感器是一部前視高頻(500kHz)電子掃描聲吶。一般情況下該聲納能夠在230m距離上探測(cè)到一個(gè)-25dB的目標(biāo)。導(dǎo)航系統(tǒng)采用長(zhǎng)基線主動(dòng)聲學(xué)發(fā)射方式。需要在適當(dāng)?shù)奈恢迷诤５坠潭?—4個(gè)聲波發(fā)射機(jī)應(yīng)答器(工作頻率為40—80kHz)，來進(jìn)行可靠定位。通過該技術(shù)，導(dǎo)航誤差可以控制在0.5m。最大導(dǎo)航距離可達(dá)到1200m。蛙人探測(cè)系統(tǒng)一“冥府守門狗360”QinetiQ公司的蛙人探測(cè)系統(tǒng)一“冥府守門狗360”，該系統(tǒng)能自動(dòng)探測(cè)、分類和跟蹤水下威脅，該系統(tǒng)聲納單元功能很強(qiáng)，能夠在500m范圍內(nèi)對(duì)蛙人進(jìn)行探測(cè)。該系統(tǒng)利用一個(gè)獨(dú)立單元就可以覆蓋360度范圍，這些聲納單元懸掛在船舷兩側(cè)為艦船提供保護(hù)。同樣可把許多單元部署在海床上，形成一道警戒線，以保護(hù)海港和航道的安全。根據(jù)這種布放方式，使系統(tǒng)的偵察范圍延伸到了1000m之外。該聲納通過收集有效的目標(biāo)回波可以在水下500m距離內(nèi)識(shí)別出人類所特有的胸腔。操作員能區(qū)分水下目標(biāo)是潛在的蛙人恐怖分子還是相似大小的哺乳動(dòng)物(如海獅和海豚)。QinetiQ蛙人探測(cè)聲納美國(guó)的C-TECH蛙人探測(cè)聲納美國(guó)C-TECH公司推出的CSDS-85Omni警戒聲納是其第三代高性能圖像聲納安裝在港Ll或艦船上用于探測(cè)攜帶開式或閉式呼吸器的水下蛙人、運(yùn)載器及小潛艇等小日標(biāo)。其提供的技術(shù)指標(biāo)為:探測(cè)距離最遠(yuǎn)可達(dá)2000!^水平個(gè)向探測(cè)也可扇區(qū)掃描；垂直窄波束并可以電子俯仰；系統(tǒng)頻率80kHz，高分辨率波束形成，目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)及報(bào)警。國(guó)內(nèi)蛙人探測(cè)設(shè)備研究情況目前困內(nèi)在蛙人探測(cè)方面還沒有成型產(chǎn)品，仍處于研究階段。TRONKA聲納由中烏雙方共同研制，該系統(tǒng)己在烏克蘭獲得專利。該系統(tǒng)基本組成包括:傳感器、聲速剖面儀，絞車、電源、顯示器等。傳感器采用的是壓電磁感應(yīng)的;聲速音lJ面儀是用來測(cè)量系統(tǒng)所在處的聲速，并根據(jù)該聲速值由絞車調(diào)節(jié)系統(tǒng)的位置，以便得到更好的測(cè)量效果。顯示器上實(shí)時(shí)顯示聲納獲得的圖像，井給出日標(biāo)的位置、聲速和聲線圖等數(shù)據(jù)，同時(shí)通過信號(hào)處理后對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類識(shí)別，最后在顯示器上給出目標(biāo)類別。TRONKA聲納系統(tǒng)的組成如下圖所示。該系統(tǒng)己經(jīng)在2008年奧運(yùn)會(huì)帆船帆板比賽中進(jìn)行了運(yùn)行，提供水下反恐監(jiān)于空服務(wù)。TRONKA聲納系統(tǒng)采用的是高頻探測(cè)技術(shù)，系統(tǒng)的工作頻率為60kHz，監(jiān)測(cè)寬度為800—1000m，水域縱深7—100m。聲納發(fā)射60kHz的聲波，在水平方方向上360度，垂直方向上30度，以聲納系統(tǒng)為中心半徑50m的區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)都能探測(cè)到，傳感器接收目標(biāo)的回波，在顯示器上顯示目標(biāo)的聲納圖像:包括日標(biāo)的方位、距離、及系統(tǒng)所在點(diǎn)的聲速、聲線圖等信息、，并判斷目標(biāo)類別，發(fā)出警報(bào)。TRONKA聲納系統(tǒng)的組成眾所周知，隨著地球人口的激增，陸上資源的匾乏，開發(fā)海洋的戰(zhàn)略意義越來越重要，“海洋工程”已被列為與生物工程、核工程和航天工程同等地位的當(dāng)今世界尖端科學(xué)技術(shù)，權(quán)威人士預(yù)言：21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)。面對(duì)浩瀚無(wú)邊的海洋，海底地形測(cè)量可謂是一切海洋工程活動(dòng)的基礎(chǔ)，而它最基本的任務(wù)，就是測(cè)量海水的深度，測(cè)繪海底地形圖（水深圖）。眾所周知，隨著地球人口的激增，陸上資源的匾乏，開發(fā)海洋的戰(zhàn)略意義越來越重要，“海洋工程”已被列為與生物工程、核工程和航天工程同等地位的當(dāng)今世界尖端科學(xué)技術(shù)，權(quán)威人士預(yù)言：21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)。面對(duì)浩瀚無(wú)邊的海洋，海底地形測(cè)量可謂是一切海洋工程活動(dòng)的基礎(chǔ)，而它最基本的任務(wù)，就是測(cè)量海水的深度，測(cè)繪海底地形圖（水深圖）。一、水下測(cè)深技術(shù)的發(fā)展人類有記載的最原始的水下測(cè)量是用竹竿來測(cè)量水深,后來發(fā)展為用一端拴有重錘的繩索以及沿用至今的壓力測(cè)深器。1820年前后，法國(guó)物理學(xué)家以鐘為聲源測(cè)得海水平均聲速為1500m/s,從那時(shí)起,科技界都知道聲音在水下傳播要比空氣中快。20世紀(jì)20年代，出現(xiàn)了回聲測(cè)深儀。它是利用水聲換能器垂直向水下發(fā)射聲波并接收海底回波,根據(jù)回波傳播的時(shí)間來確定被測(cè)點(diǎn)的水深。這種測(cè)深儀僅能測(cè)量船的航跡上的“點(diǎn)”，船未及區(qū)域是空白，因此不能獲得精細(xì)的海底地形。由于其測(cè)量效率、地形分辨率和精度上的缺陷，已無(wú)法滿足當(dāng)代海洋開發(fā)、海洋研究、海洋工程與海洋“專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)”劃界等基礎(chǔ)測(cè)繪日益增長(zhǎng)的新需求,20世紀(jì)60年代,美國(guó)首先開發(fā)出第三代測(cè)深產(chǎn)品一多波束測(cè)深系統(tǒng)（也稱“條帶測(cè)深儀”），這是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的海底地形測(cè)繪設(shè)備。條帶測(cè)深儀是一種多傳感器的復(fù)雜綜合系統(tǒng),是現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)、高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)、高分辨顯技術(shù)、高精度導(dǎo)航定位技術(shù)、數(shù)字化傳感器技術(shù)及其他相關(guān)高新技術(shù)等多種技術(shù)的高度集成。自問世以來就一直以系統(tǒng)龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和技術(shù)含量高、價(jià)格昂貴著稱，世界上僅有美國(guó)、加拿大、德國(guó)、挪威等少數(shù)國(guó)家能夠生產(chǎn)。1994年4月，國(guó)際海道測(cè)量組織IHO制定了新的海道測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，即IHOS-44標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定高級(jí)別的水深測(cè)量必須使用條帶測(cè)深儀，這意味著條帶測(cè)深儀取代回聲測(cè)深儀已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)不可逆轉(zhuǎn)的潮流。二、我國(guó)條帶測(cè)深技術(shù)的現(xiàn)狀直至20世紀(jì)90年代初，我國(guó)在條帶測(cè)深技術(shù)領(lǐng)域仍屬空白。為適應(yīng)海洋活動(dòng)的新形勢(shì)，改變我國(guó)海洋測(cè)繪技術(shù)落后的現(xiàn)狀，“八五”期間，國(guó)家將條帶測(cè)深儀列為重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，委托哈爾濱工程大學(xué)研制。經(jīng)過艱苦的努力，哈爾濱工程大學(xué)突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，，終于在1998年8月研制成功條帶測(cè)深儀并通過技術(shù)鑒定。該產(chǎn)品已正式裝備我國(guó)現(xiàn)代化海洋測(cè)量船，其總體技術(shù)達(dá)到了20世紀(jì)90年代國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，大大縮小了我國(guó)與世界海底地形測(cè)繪技術(shù)強(qiáng)國(guó)的差距，條帶測(cè)深儀的研制成功可謂是我國(guó)測(cè)深技術(shù)的一次重大的革命。哈爾濱工程大學(xué)的前身是中國(guó)人民解放軍軍事工程學(xué)院（哈軍工），是首批進(jìn)人“211工程”建設(shè)的全國(guó)重點(diǎn)高校之一，擁有國(guó)家級(jí)水聲技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，其水聲工程學(xué)科是國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科，技術(shù)力量雄厚，擁有各種先進(jìn)的專業(yè)儀器設(shè)備。自1992年起就開始了條帶測(cè)深技術(shù)的研究,該項(xiàng)目前期投人經(jīng)費(fèi)已經(jīng)達(dá)到人民幣700萬(wàn)元。1999年6月條帶測(cè)深儀項(xiàng)目獲得中船總科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。三、條帶測(cè)深儀的工作原理?xiàng)l帶測(cè)深儀是利用安裝于船底或拖體上的聲基陣向與航向垂直的海底發(fā)射超寬聲波束，接收海底反向散射信號(hào)，經(jīng)過模擬/數(shù)字信號(hào)處理，形成多個(gè)波束，同時(shí)獲得海底條帶上幾十個(gè)甚至上百個(gè)采樣點(diǎn)的水深數(shù)據(jù)。其測(cè)量條帶覆蓋范圍為水深的2-8倍，與現(xiàn)場(chǎng)采集的導(dǎo)航定位及姿態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合，繪制出高精度、高分辨率的數(shù)字成果圖。與單波束回聲測(cè)深儀相比,條帶測(cè)深儀具有測(cè)量范圍大、10測(cè)量速度快、精度高和效率高的優(yōu)點(diǎn)。它把測(cè)深技術(shù)從點(diǎn)、線擴(kuò)展到面，并進(jìn)一步發(fā)展到立體測(cè)深和自動(dòng)成圖，特別適合大面積的海底地形探測(cè)。條帶測(cè)深儀使海底探測(cè)經(jīng)歷了一個(gè)革命性的變化，深刻地改變了海洋學(xué)領(lǐng)域的調(diào)查研究方式及最終成果的質(zhì)量。四、條帶測(cè)深儀的應(yīng)用條帶測(cè)深儀具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域：1、大面積掃海測(cè)量?jī)?nèi)容包括我國(guó)大陸架測(cè)量，與周邊國(guó)家的海洋專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)（EEZ）劃界等。我國(guó)擁有300萬(wàn)平方公里的海洋國(guó)土，若使用傳統(tǒng)的回聲測(cè)深方法測(cè)量，需要150年時(shí)間，而用條帶測(cè)深儀測(cè)量，僅需15年就可完成。提高效率近10倍。2、海洋工程港口、海上石油平臺(tái)等工程建設(shè)的基礎(chǔ)在海底，鋪設(shè)海底電纜需要在海底挖溝，并對(duì)鋪設(shè)好的電纜進(jìn)行掩埋和質(zhì)量檢查,這些作業(yè)的完成都需要對(duì)海底地形進(jìn)行細(xì)致的勘查，使用條帶測(cè)深儀能夠?qū)κ┕ぷ鳂I(yè)區(qū)進(jìn)行全覆蓋測(cè)量,獲得高質(zhì)量的海底地形信息。3、海底資源調(diào)查尋找海底礦物是海底資源調(diào)查的重要內(nèi)容，海底礦物的形成有其獨(dú)有的機(jī)理,。例如，稀有金屬錳結(jié)核都分布在大洋深處平坦海域，鉆結(jié)核則是因海底火山噴發(fā)而形成，而海底火山的特征是其頂部為一個(gè)平臺(tái)。為了尋找潛在礦區(qū)，必須首先獲取相關(guān)的地形特征信息，這就需要對(duì)海底地形進(jìn)行高分辨力的全覆蓋測(cè)量，條帶測(cè)深儀是最理想的測(cè)繪儀器。4、水庫(kù)測(cè)量庫(kù)容量是水庫(kù)管理和水資源分配的重要依據(jù)，陸地上水土流失現(xiàn)象會(huì)使水庫(kù)淤積，庫(kù)容量減小，蓄洪能力下降；大壩附近泥沙淤積量超過警戒線時(shí)，會(huì)影響水庫(kù)的正常運(yùn)行，甚至危及大壩的安全，所以必須經(jīng)常對(duì)水庫(kù)進(jìn)行測(cè)量。水庫(kù)選址通常在山區(qū)，地形復(fù)雜，并且，庫(kù)容測(cè)量的技術(shù)要求高，只有條帶測(cè)深儀才能夠滿足其需要。5、河道測(cè)量11我國(guó)是一個(gè)河流眾多的國(guó)家，水路運(yùn)輸是全國(guó)交通網(wǎng)的重要組成部分，但是，目前通航河流的總里程只有8萬(wàn)公里，還有大量的資源沒有開發(fā)利用，迫切需要進(jìn)行勘查。即便是已經(jīng)通航的河流，由于河道的變化快，也需要經(jīng)常測(cè)量。如浙江省的雨江，每年都要進(jìn)行測(cè)量。利用條帶測(cè)深儀的寬波束很容易測(cè)量出河道的剖面。順流而下就能夠完成全河道測(cè)量。6、抗洪搶險(xiǎn)我國(guó)是一個(gè)水患頻繁的國(guó)家，而且，由于森林植被的破壞，洪澇災(zāi)害發(fā)生區(qū)域有逐年擴(kuò)大的趨勢(shì)，每年都會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失,條帶測(cè)深儀在檢查堤壩隱患，監(jiān)測(cè)洪水流量等方面可以發(fā)揮重要作用。止匕外，洪水還會(huì)對(duì)水中建筑物造成危害。例如，洪水對(duì)鐵路橋梁橋墩的沖刷可能導(dǎo)致橋梁坍塌,造成重大事故，因此需要對(duì)橋墩的沖刷情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，目前使用的測(cè)量?jī)x器是回聲側(cè)深儀，測(cè)量船必須緊靠橋墩測(cè)量,容易發(fā)生碰撞，危及人員和橋梁的安全，而條帶測(cè)深儀因其具有旁測(cè)能力，可以在遠(yuǎn)處進(jìn)行測(cè)量，從而可以避免事故的發(fā)生。7、軍事領(lǐng)域馬島戰(zhàn)爭(zhēng)和海灣戰(zhàn)爭(zhēng)的歷史經(jīng)驗(yàn)告訴我們，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)往往是從海上開始的。為了在未來高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)中掌握海上戰(zhàn)場(chǎng)的主動(dòng)權(quán)，利用和平時(shí)期做好海上戰(zhàn)場(chǎng)準(zhǔn)備很有必要。條帶測(cè)深儀是進(jìn)行水下戰(zhàn)場(chǎng)準(zhǔn)備最基礎(chǔ)、最有效的工具。隨著我軍戰(zhàn)略思想的改變，海軍向遠(yuǎn)洋發(fā)展，條帶測(cè)深儀在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。8、考古領(lǐng)域水下考古在我國(guó)還是一門年輕的學(xué)科，我國(guó)近海沉睡著大量的古代沉船，但是因?yàn)槿鄙傧嚓P(guān)的高科技手段，只能聽?wèi){國(guó)外的冒險(xiǎn)家掠奪，極大地傷害了我們的民族自尊心。80年代我國(guó)成立了第一支水下考古隊(duì)，2001年6月首次動(dòng)用各種高科技設(shè)備在云南省撫仙湖進(jìn)行水下遺址考古調(diào)查，哈爾濱工程大學(xué)研制的條帶測(cè)深儀參加了這次考古活動(dòng)。首次探測(cè)到水下遺址的地形，并生成了直觀的三維水下立體地形，考古專家根據(jù)條帶測(cè)深儀提供的水下遺址地形判斷出古城的位置、結(jié)構(gòu)和主要建筑群的位置，為考古工作提供了巨大的幫助，被公認(rèn)為是極有價(jià)值的水下考古高科技設(shè)備。據(jù)專家評(píng)論：水下考古引人條帶測(cè)深儀，就如同當(dāng)年考古界引入碳/8檢測(cè)年代的方法，具有里程碑的意義。我們期待著，哈爾濱工程大學(xué)的條帶測(cè)深儀能夠廣泛應(yīng)用到水下測(cè)繪工作中去，為我國(guó)的水下測(cè)繪事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。12“蛟龍?zhí)枴笔怯善逴二所等單位研制的載人潛水器，2010年5月31日在江陰啟航，隨向陽(yáng)紅09海試船駛?cè)肽虾＿M(jìn)行3000米級(jí)海試，成功書寫了中國(guó)載人深潛新的神話。8月26日，“蛟龍?zhí)枴鄙詈］d人潛水器在南海取得3000米級(jí)海試成功，最大下潛深度達(dá)到3759米。這標(biāo)志著我國(guó)成為繼美、法、俄、日之后第五個(gè)掌握3500米以上大深度載人深潛技術(shù)的國(guó)家。中國(guó)“蛟龍”號(hào)深海載人潛水器項(xiàng)目介紹載人潛水器是國(guó)家863計(jì)劃支持的項(xiàng)目，國(guó)家海洋局是項(xiàng)目組織部門，中國(guó)大洋協(xié)會(huì)是項(xiàng)目牽頭單位，總裝工作由中船重工七0二所承擔(dān)，中船重工眾多研究院所參與研制。經(jīng)過歷時(shí)七載的聯(lián)合攻關(guān)，終于實(shí)現(xiàn)了耐壓結(jié)構(gòu)、生命保障、遠(yuǎn)程水聲通訊、系統(tǒng)控制等關(guān)鍵技術(shù)的突破。“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器的研制成功，提升了我國(guó)在深海技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際影響力，增強(qiáng)了中國(guó)海洋科技界走向深海的信心。在研制過程中，廣大科技工作者形成了“嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、團(tuán)結(jié)協(xié)助、拼搏奉獻(xiàn)、勇攀高峰”的載人潛器精神。性能參數(shù)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器速度為最大2.5節(jié)，巡航1節(jié)；載員3人；最大潛深7000米；生命支持系統(tǒng)，正常：3X12人時(shí)，應(yīng)急：3X84人時(shí)；正常水下工作時(shí)間12小時(shí)。技術(shù)特點(diǎn)一是在世界上同類型的載人潛水器中具有最大下潛深度7000米，這意味著該潛水器可在占世界海洋面積99.8%的廣闊海域使用；二是具有針對(duì)作業(yè)目標(biāo)穩(wěn)13定的懸停定位能力，這為該潛水器完成高精度作業(yè)任務(wù)提供了可靠保障；三是具有先進(jìn)的水聲通信和海底微地形地貌探測(cè)能力，可以高速傳輸圖象和語(yǔ)音，探測(cè)海底的小目標(biāo)；四配備多種高性能作業(yè)工具，確保載人潛水器在特殊的海洋環(huán)境或海底地質(zhì)條件下完成保真取樣和潛鉆取芯等復(fù)雜任務(wù)。安全保障可拋掉壓鐵、機(jī)械臂緊急上浮“‘蛟龍?zhí)枴哂蟹€(wěn)定接近海底、自動(dòng)航行和懸停定位等功能，可以和母船進(jìn)行高速語(yǔ)音、文字、圖像等實(shí)時(shí)傳輸。我們自行研制的電池容量很大，可以保證潛水器的能量來保障作業(yè)時(shí)間?！迸c其他國(guó)家的載人深潛器比較，徐芭南認(rèn)為“蛟龍?zhí)枴本哂猩鲜鎏攸c(diǎn)。正像進(jìn)入太空離不開航天器一樣，開發(fā)利用深海則離不開深海裝載裝備。擁有大深度載人潛水器和具備精細(xì)的深海作業(yè)能力，是一個(gè)國(guó)家深海技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的綜合體現(xiàn)。有了載人深潛器，科學(xué)家可以直接參與到深海前沿科學(xué)研究。但載人深潛的風(fēng)險(xiǎn)不小。如何保障人員安全呢？“深潛器有點(diǎn)類似探空氣球的原理，我們每次都帶了壓鐵下去，有問題就拋掉。如果遇到電纜纏繞等問題，還可以拋棄機(jī)械臂、電池等，把所有能拋掉的設(shè)備都扔掉，確保安全上浮。這都是寫在安全預(yù)案里的?！比~聰說。止匕外，作為安全預(yù)案，深潛器還能保證在水里比預(yù)定作業(yè)時(shí)間多待3天，并有相關(guān)保障。[2]項(xiàng)目評(píng)價(jià)這個(gè)我國(guó)自行設(shè)計(jì)、集成創(chuàng)新、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界首個(gè)7000米載人潛水器，可承載一名潛航員和兩名科學(xué)家，在大深度超常環(huán)境下進(jìn)行資源勘查、科學(xué)考察和其它深海特定作業(yè)，可使我國(guó)深?；顒?dòng)能力覆蓋世界99%以上的洋底，這也是目前世界上下潛能力最深的載人潛器。研究意義在同類型潛水器中設(shè)計(jì)下潛深度最大載人深潛試驗(yàn)遵循“由淺入深、循序漸進(jìn)、安全第一”的原則，海上試驗(yàn)將分階段逐步達(dá)到最大設(shè)計(jì)深度7000米。2009年，我國(guó)在南海成功進(jìn)行了20次14下潛，最大下潛深度達(dá)1109米。由此，中國(guó)成為繼美國(guó)、俄羅斯、日本和法國(guó)之后世界上第五個(gè)具備1000米深度載人深潛能力的國(guó)家。用于海底地質(zhì)探測(cè)可傳輸圖像和語(yǔ)音“蛟龍?zhí)枴钡目傇O(shè)計(jì)師徐芭南介紹說，“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器具有針對(duì)作業(yè)目標(biāo)穩(wěn)定的懸停定位能力，具有先進(jìn)的水聲通信和海底微地形地貌探測(cè)能力，可以高速傳輸圖像和語(yǔ)音，探測(cè)海底的小目標(biāo)?！膀札?zhí)枴鄙线€配備多種高性能作業(yè)工具，確保它在特殊的海洋環(huán)境或海底地質(zhì)條件下完成保真取樣和潛鉆取芯等復(fù)雜任務(wù)。據(jù)介紹，未來“蛟龍?zhí)枴钡氖姑ㄟ\(yùn)載科學(xué)家和工程技術(shù)人員進(jìn)入深海，在海山、洋脊、盆地和熱液噴口等復(fù)雜海底有效執(zhí)行各種海洋科學(xué)考察任務(wù)，開展深海探礦、海底高精度地形測(cè)量、可疑物探測(cè)和捕獲等工作，并可以執(zhí)行水下設(shè)備定點(diǎn)布放、海底電纜和管道的檢測(cè)以及其他深海探詢及打撈等各種復(fù)雜作業(yè)。典型應(yīng)用載人潛水器的幾次典型應(yīng)用1960年1月23日，由美國(guó)人D?華爾頓和深潛器發(fā)明丁?畢卡第乘坐第一代載人潛水器“曲斯特”(Trieste),在世界最深淵——太平洋馬里亞納海溝下潛，下潛深度達(dá)10916米(海溝最深點(diǎn)為11034米)，奪得了下潛深度的冠軍。當(dāng)時(shí)的潛水器在技術(shù)上還比較原始。1966年美國(guó)在西班牙的Palamers海域失落了一顆氫彈，由“阿爾文”號(hào)(Alvin)潛水器與CURV無(wú)人遙控潛水器配合，把它從856米的深處打撈出水。1968年10月潛水器“阿爾文”從母船“魯魯”號(hào)(Lulu)上起吊時(shí)，不慎沉沒，1969年8月由“阿魯明納”(Aluminant)載人潛水器和打撈船“密執(zhí)安”號(hào)相互配合，將“阿爾文”從1538米水深處打撈起來。潛水器“深探”(DeepQuest)于1970年曾把墜落在太平洋1037米水深的一架海軍飛機(jī)打撈出水。[2]全球第五個(gè)潛入3500米的國(guó)家我國(guó)繼美、法、俄、日之后第五個(gè)掌握大深度載人深潛技術(shù)科技部和國(guó)家海洋局26日在京聯(lián)合宣布，我國(guó)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)、自主集成研制的“蛟龍?zhí)枴鄙詈］d人潛水器3000米級(jí)海試取得成功，最大下潛深度達(dá)到3759米。這標(biāo)志著我國(guó)成為繼美、法、俄、日之后第五個(gè)掌握350015米以上大深度載人深潛技術(shù)的國(guó)家。突破3700米水深記錄中國(guó)科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家海洋局2010年8月26日在北京聯(lián)合宣布，中國(guó)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)、自主集成研制的“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器3000米級(jí)海試取得成功?！膀札?zhí)枴弊畲笙聺撋疃冗_(dá)到3759米，超過全球海洋平均深度3682米，并創(chuàng)造出水下和海底作業(yè)9小時(shí)零3分的記錄。為推動(dòng)中國(guó)深海運(yùn)載技術(shù)發(fā)展，為中國(guó)大洋國(guó)際海底資源調(diào)查和科學(xué)研究提供重要高技術(shù)裝備，同時(shí)為中國(guó)深?？碧健⒑５鬃鳂I(yè)研發(fā)共性技術(shù)，中國(guó)科技部于2002年將“蛟龍”號(hào)深海載人潛水器研制列為國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）重大專項(xiàng)，啟動(dòng)“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器的自行設(shè)計(jì)、自主集成研制工作?！膀札?zhí)枴陛d人潛水器設(shè)計(jì)最大下潛深度為7000米，工作范圍可覆蓋全球海洋區(qū)域的99.8%。在國(guó)家海洋局組織安排下，中國(guó)大洋協(xié)會(huì)作為業(yè)主具體負(fù)責(zé)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器項(xiàng)目的組織實(shí)施，并會(huì)同中船重工集團(tuán)公司702所、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所和聲學(xué)所等約100家中國(guó)國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，攻克了中國(guó)在深海技術(shù)領(lǐng)域的一系列技術(shù)難關(guān)，經(jīng)過6年努力，完成載人潛水器本體研制，完成水面支持系統(tǒng)研制和試驗(yàn)?zāi)复脑?，完成潛航員選拔和培訓(xùn)，從而具備開展海上試驗(yàn)的技術(shù)條件。從2009年8月開始，“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器先后組織開展1000米級(jí)和3000米級(jí)海試工作。2010年5月31日-7月18日，“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器在中國(guó)南海3000米級(jí)海上試驗(yàn)中取得巨大成功，共完成17次下潛，其中7次穿越2000米深度，4次突破3000米，最大下潛深度達(dá)到3759米，超過全球海洋平均深度3682米，并創(chuàng)造水下和海底作業(yè)9小時(shí)零3分的記錄，驗(yàn)證了“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器在3000米級(jí)水深的各項(xiàng)性能和功能指標(biāo)。在短短11個(gè)月內(nèi)，中國(guó)載人深潛試驗(yàn)完成了從零到3700米水深的重大跨越。專家稱，這一海試成功實(shí)現(xiàn)了中國(guó)深海裝備技術(shù)的跨越式發(fā)展，標(biāo)志著中國(guó)繼美、法、俄、日之后成為世界上第五個(gè)掌握3500米以上大深度載人深潛技術(shù)的國(guó)家。此次海上試驗(yàn)還充分驗(yàn)證潛水器的功能和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，為資源調(diào)查和科學(xué)研究的實(shí)際應(yīng)用以及更大深度試驗(yàn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。背景資料16深海潛水器是海洋技術(shù)開發(fā)的前沿與制高點(diǎn)之一，體現(xiàn)著一個(gè)國(guó)家的綜合技術(shù)力量。目前美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯、日本擁有世界上僅有的五艘6000米級(jí)深海載人潛水器。這些裝備到達(dá)的范圍遍及海洋的大陸坡、海山頂、火山口、洋脊以及6000米的洋底，在地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理和海洋生物等方面取得了大量的重要發(fā)現(xiàn)。人類用科學(xué)方法進(jìn)行海洋科學(xué)考察已有100余年的歷史，而大規(guī)模、系統(tǒng)地對(duì)世界海洋進(jìn)行考察則僅有30年左右?，F(xiàn)代海洋探測(cè)著重于海洋資源的應(yīng)用和開發(fā)，探測(cè)食油資源的儲(chǔ)量、分布和利用前景，監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境的變化過程及其規(guī)律。在海洋探測(cè)技術(shù)中，包括在海洋表面進(jìn)行調(diào)查的科學(xué)考察船、自動(dòng)浮標(biāo)站，在水下進(jìn)行探測(cè)的各種潛水器，以及在空中進(jìn)行監(jiān)測(cè)的飛機(jī)、衛(wèi)星等?？茖W(xué)考察船建造專用科學(xué)調(diào)查船始于1872年的英國(guó)“挑戰(zhàn)者”號(hào)。該船長(zhǎng)226英尺，排水量2300t，使用風(fēng)力和蒸汽作為動(dòng)力。從1872年起，歷經(jīng)4年時(shí)間環(huán)繞航行，觀測(cè)資料包括洋流、水溫、天氣、海水成分，發(fā)現(xiàn)了4700多種海洋生物，并首次從太平洋上撈取了錳結(jié)核。1888-1920年，美國(guó)的“信天翁”號(hào)探測(cè)船測(cè)東太平洋。1927年德國(guó)的“流星”號(hào)探測(cè)船首次使用電子探測(cè)儀測(cè)量海洋深度，校正了“挑戰(zhàn)者”號(hào)繪制的不夠準(zhǔn)確的海底地形圖。據(jù)統(tǒng)計(jì)，70年代初全世界總共有科學(xué)考察船800多艘，10年后增加到1600艘，其中美國(guó)300多艘原蘇聯(lián)200多艘，日本180多艘。日本海洋科學(xué)技術(shù)中心最近宣布，它們研制的無(wú)人駕駛深海巡航探測(cè)器“浦島”號(hào)，在3000米深的海洋中行駛了3518米，創(chuàng)造了世界記錄?！捌謲u”號(hào)全長(zhǎng)9.7米、寬1.3米、高1.5米、重7.5噸，水中行駛速度為4節(jié)，巡航速度為3節(jié)，最大潛水深度是3500米，是這家海洋研究機(jī)構(gòu)的主要設(shè)備之一?！ㄆ謲u〃號(hào)上安裝著高精度的導(dǎo)航裝置及觀測(cè)儀器，使用鋰電池作動(dòng)力。這艘無(wú)人駕駛的深海探測(cè)器，使用無(wú)線通信手段向海面停泊的母船〃橫須賀〃號(hào)上傳送了用水中攝像機(jī)拍攝的深海彩色圖像。日本海洋科學(xué)技術(shù)中心認(rèn)為，這一裝置在世界上居領(lǐng)先地位。以這次航行試驗(yàn)成功為基礎(chǔ)，海洋科學(xué)技術(shù)中心還計(jì)劃開發(fā)性能更高的無(wú)人駕駛深海探測(cè)器，并且使用燃料電池作動(dòng)力源。17海洋科學(xué)調(diào)查船擔(dān)負(fù)著調(diào)查海洋、研究海洋的責(zé)任，是利用和開發(fā)海洋資源的先鋒。它調(diào)查的主要內(nèi)容有海面與高空氣象、海洋水深與地貌、地球磁場(chǎng)、海流與潮汐、海水物理性質(zhì)與海底礦物資源（石油、天然氣、礦藏等）、海水的化學(xué)成分、生物資源（水產(chǎn)品等）、海底地震等。其中極地考察和大洋調(diào)查等活動(dòng)，為世界各國(guó)科學(xué)家所矚目。大型海洋調(diào)查船可對(duì)全球海洋進(jìn)行綜合調(diào)查，它的穩(wěn)性和適航性能好，能夠經(jīng)受住大風(fēng)大浪的襲擊。船上的機(jī)電設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、通訊系統(tǒng)等十分先進(jìn)，燃料及各種生活用品的裝載量大，能夠長(zhǎng)時(shí)間堅(jiān)持在海上進(jìn)行調(diào)查研究。同時(shí)，這類船還具有優(yōu)良的操縱性能和定位性能，以適應(yīng)各種海洋調(diào)查作業(yè)的需要。海洋衛(wèi)星衛(wèi)星技術(shù)在海洋開發(fā)中的應(yīng)用十分廣泛。海洋衛(wèi)星在幾百千米高空能對(duì)海洋里許多現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)。這是因?yàn)樗幸恍┨厥獾谋绢I(lǐng)。比如測(cè)量海水的溫度，用的就是遙感技術(shù)。當(dāng)太陽(yáng)發(fā)出的電磁波到達(dá)海面時(shí)，能量的分布是不均勻的。利用遙感技術(shù)就可以幫助我們測(cè)量海面的溫度及其特征。數(shù)據(jù)經(jīng)電腦分析后，就可得到海面溫度的情況，最后打印成一張海面溫度分布圖。由于幾乎是同步觀測(cè)后得到的數(shù)據(jù)，所以觀測(cè)結(jié)果很真實(shí)。如果讓海洋衛(wèi)星來測(cè)量海浪的高度，就要用主動(dòng)遙感技術(shù)。它就好像照相機(jī)使用閃光燈一樣。雷達(dá)成像系統(tǒng)就是一種主動(dòng)微波遙感，它可以用來測(cè)量海浪的高度。它是利用海面〃粗糙度〃不同的原理來進(jìn)行的。光波射到海面，如果海面沒有浪，就會(huì)呈現(xiàn)海平如鏡的狀態(tài)，即為光滑面。這時(shí)，從衛(wèi)星上發(fā)出的雷達(dá)波就會(huì)產(chǎn)生鏡反射，雷達(dá)接收不到回波。如果海面有波浪，就會(huì)變得‘粗糙〃，波浪越大，海面越〃粗糙〃，這時(shí)，雷達(dá)波就會(huì)向各個(gè)方向散射，產(chǎn)生漫反射，于是，雷達(dá)就會(huì)收到一部分回波。因此，波平如鏡的海面，在雷達(dá)正片上就顯得比較亮。根據(jù)回波信號(hào)的強(qiáng)弱以及雷達(dá)波的角度，通過電腦就可以算出海面的粗糙度，從而得知海浪的高度。目前，海洋地質(zhì)調(diào)查和技術(shù)手段主要有：利用人造衛(wèi)星導(dǎo)航和全球定位系統(tǒng)（GPS），以及無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)來確定調(diào)查船或觀測(cè)點(diǎn)在海上的位置；利用回聲測(cè)深儀，多波束回聲測(cè)深儀及旁測(cè)聲納測(cè)量水深和探測(cè)海底地形地貌；用拖網(wǎng)、抓斗、箱式采樣器、自返式抓斗、柱狀采樣器和鉆探等手段采取海底沉積物、巖18石和錳結(jié)核等樣品；用淺地層剖面儀測(cè)海底未固結(jié)淺地層的分布、厚度和結(jié)構(gòu)特征。用地震、重力、磁力及地?zé)岬鹊厍蛭锢磙k法，探測(cè)海底各種地球物理場(chǎng)特征、地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)資源，有的還利用放射性探測(cè)技術(shù)探查海底砂礦。潛水器在人類征服海洋深處的征程中，潛艇立下了汗馬功勞。然而，即使是核潛艇，一般也只能在300?400米的海洋深處活動(dòng)，面對(duì)占地表77%以上面積的深于3000米的海洋，人類創(chuàng)造了潛水器征服了深海。1953年，法國(guó)人奧古斯特?皮卡德設(shè)計(jì)建成“的里雅斯特”號(hào)自航式沸水器，1960年1月23日由奧古斯特?皮卡德的兒子雅克?皮卡德以及另一名潛水員美國(guó)海軍上尉唐納唐?維爾什共同乘坐，闖蕩萬(wàn)米深淵一一馬里亞納海溝。創(chuàng)下了10916米的世界紀(jì)錄。深潛器到達(dá)萬(wàn)米深的馬利亞納海溝，說明海洋已經(jīng)不再是人類的禁地。如果說70年代以前人們熱衷于深潛器去深海底探險(xiǎn)，追求下潛的深度探險(xiǎn)，追求下潛的深度，那么，70年代以后，人們便熱衷于把深潛器作科學(xué)研究和為海洋開發(fā)服務(wù)，因而，深潛器的商業(yè)和科學(xué)應(yīng)用掀起了一個(gè)高潮。潛水器既是深海探測(cè)的工具，又是進(jìn)行水下工程的重要設(shè)備。潛水器可分為載人潛水器和無(wú)人潛水器。深潛器的最大生產(chǎn)廠家是美國(guó)的佩里公司，到1983年，它總共建造了24艘載人深潛器。法國(guó)的科邁克斯公司規(guī)模也不小，共造了21艘。這共深潛器主要用于海洋考察、探索、打撈、水下作業(yè)和救生，作業(yè)深度為200?300米。1988年，法國(guó)研制成可下潛6000米的深潛器，可載3人，能直接考察世界97%的洋底，可進(jìn)行攝影、錄像，還有兩只分別為7個(gè)和5個(gè)自由度的機(jī)械手，用來采集海底樣品。1989年，日本建造了可達(dá)水深6500米的深潛器“深海6500號(hào)”，創(chuàng)造了載人深潛器水下6527米作業(yè)的世界紀(jì)錄。美國(guó)加利福尼亞的一家公司，已研制出“深海飛翔”載人深潛器。它突破傳統(tǒng)，采用流體動(dòng)力，下潛航行時(shí)像在水下飛行，并且用新型陶瓷材料建造。人們將用此種方法建造能潛至海洋最深處的新型深潛器。近幾年來，除了鋼材外，人們又采用可塑聚甲基丙烯酸酯制造深潛器的耐壓殼和玻璃窗。如科邁克公司和深海工程公司制造的載人深潛器，都有圓形的丙烯19酸耐壓殼，耐壓水深為6000?10000米。另外，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)深潛器起到控制和監(jiān)測(cè)的功能，有效地減輕了駕駛員的工作負(fù)荷，簡(jiǎn)化了人工操給的標(biāo)準(zhǔn)。人在地面上呼吸過程是在一個(gè)大氣壓力（101.325千帕）的條件下進(jìn)行的。人在水下潛水時(shí)，情況就不一樣了，他呼吸的是大于1個(gè)大氣壓的高壓空氣，且水深度越大，所呼吸的空氣壓力也越高。此時(shí)，除了氧以外，氮?dú)獾绕渌麣怏w也會(huì)進(jìn)入血液。當(dāng)潛水員上浮時(shí)，水壓減小，他所呼吸的空氣壓力也相應(yīng)減小，血液里的氧氣、氮?dú)獾染烷_始離開血液。如果他上升得過快，氣體突然釋放，就會(huì)形成小氣泡，像打開汽水瓶蓋的情況一樣。此時(shí)，較大的氣泡會(huì)威脅心臟瓣膜的活動(dòng)，較小的氣泡則會(huì)阻塞心腦血管，使?jié)撍畣T出現(xiàn)意外。為了防止意外，潛水員只能緩緩上升，每上升一段就停一停，以便讓氮?dú)鈴乃麄兊纳眢w組織流往血液，再?gòu)难毫魅敕卫?，最后從肺?xì)胞壁逸出體外。這樣，上升雖然是緩緩的，但卻是保險(xiǎn)的，氮?dú)馔耆磺宄?，血秘里不?huì)再有致命的氣泡出現(xiàn)?；蛟S你會(huì)問：既然潛水員很快地從海洋深和回升到水面將會(huì)帶來生命危險(xiǎn)，那么，要是潛水裝置出了故障，或者遇到某種緊急情況，必須立即返回水面時(shí)，他不是只有死路一條了嗎？是的，這的確是不可回避的問題。為此，人們?cè)O(shè)計(jì)了可以調(diào)節(jié)壓力大小的減壓艙。當(dāng)潛水員在水下遇到危急情況時(shí)，可以讓他立即返回，但必須馬上進(jìn)入減壓艙。只有這樣，才能把他從死神手里挽救出來。減壓艙是一個(gè)密封的容器。當(dāng)潛水員從海洋深處迅速返回并進(jìn)入減壓艙后，必須把壓力調(diào)節(jié)到與他剛才所呆的深處的壓力相同，就好像他沒有上升，仍舊呆在海洋深處一樣。然后，再逐步地減壓，使他像在海洋里緩緩上升，一步一步地停留，壓力一點(diǎn)點(diǎn)地減小的情況一樣。ROV是一種無(wú)人駕駛的深潛器，它最初是由美國(guó)海軍在20世紀(jì)60-70年代開發(fā)的，它不需要人操縱，通過“臍帶”一一繩纜由海面進(jìn)行操縱、供應(yīng)電力和通信。它比載人深潛器要安全得多，便宜得多。首先使用ROV的是海洋氣產(chǎn)業(yè)。80年代以后，ROV發(fā)展十分迅速，1994年就建造了20多套。1995年以來，人們又熱衷于用電力遙控的小型ROV推進(jìn)裝置，有電動(dòng)的也有液壓的，或兩者結(jié)合?，F(xiàn)在，ROV已成為海洋石油開采的可靠工具。20為了提高聯(lián)系母船與深潛器之間的那根“臍帶”的強(qiáng)度，近來人們又使用了高強(qiáng)度的光纖系統(tǒng)，可用于6000米的ROV的動(dòng)力和通信設(shè)備，這類深潛器叫做高級(jí)系統(tǒng)深潛器ATV。如日本人研制的“海溝”號(hào)。還有一種不需要“臍帶”的自治式無(wú)人遙控深潛器。雖然它甩掉了那根令人煩惱的“臍帶”，根據(jù)指令或預(yù)先編好的程序進(jìn)行作業(yè)，活動(dòng)自如。但由于成本較高，技術(shù)要求也較高，所以發(fā)展速度不快。自80年代以來，我國(guó)也開始了深潛器的研制，第一艘載人深潛器最大下潛深度達(dá)600米。第一臺(tái)無(wú)人遙控深潛器于1985年底研制成功，潛深200米。1989年，我國(guó)與加拿大合作研制的ROV投入水下作業(yè)，它由電腦控制，能在水下完成自動(dòng)定位和定航向，裝有5個(gè)功能機(jī)械手和水下攝影機(jī)，最大前進(jìn)時(shí)度達(dá)2.5千米以上，最大水深200米。我國(guó)還與加拿大合作研制成作業(yè)深度為300米的ROV。上海交通大學(xué)和水下工程研究所研制的“6000米海底施曳觀察系統(tǒng)”，1998年赴太平洋進(jìn)行深海多金屬結(jié)核勘察工作，立下了赫赫戰(zhàn)功。它們也是ROV的一員！我國(guó)海洋探測(cè)技術(shù)我國(guó)海域遼闊，是發(fā)展中的海洋大國(guó)。我國(guó)海域面積約300萬(wàn)平方公里，有著豐富的海洋資源，為實(shí)現(xiàn)從海洋大國(guó)跨入海洋強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)，“863”計(jì)劃在海洋技術(shù)領(lǐng)域分別設(shè)置了海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)、海洋生物技術(shù)和海洋探查與資源開發(fā)技術(shù)3個(gè)主題，以期為我國(guó)的海洋開發(fā)、海洋利用和海洋保護(hù)提供先進(jìn)的技術(shù)和手段。以具有90年代海洋勘測(cè)國(guó)際先進(jìn)水平的“海域于形地貌與地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)系統(tǒng)”的開發(fā)和研制為代表的多項(xiàng)選進(jìn)的海洋控查與資源開發(fā)技術(shù)，為我國(guó)海洋資源的開發(fā)、利用、保護(hù)，維護(hù)海洋權(quán)益，捍衛(wèi)國(guó)家主權(quán)提供了高精度的科學(xué)依據(jù)。在“863”計(jì)劃的推動(dòng)下，我國(guó)在合成孔徑成像聲納、高精度CTD部面儀和定標(biāo)檢測(cè)設(shè)備的研制和定標(biāo)檢測(cè)設(shè)備的研制和近海環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)方面等重大技術(shù)上取得突破性進(jìn)展，并已進(jìn)入世界先進(jìn)水平行列。通過建立海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)及示范系統(tǒng)促進(jìn)了上海等城市區(qū)域性社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并為建立我國(guó)整個(gè)管轄海域的海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)和信息服務(wù)系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。在僅僅4年多的時(shí)間里，我國(guó)沿海周邊地區(qū)已經(jīng)在全球海洋觀測(cè)系統(tǒng)框架下，初步建21立起了從航天、航空、海監(jiān)船體監(jiān)測(cè)體系，從整體上提高我國(guó)海洋環(huán)境觀測(cè)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能力。國(guó)家“863”計(jì)劃及時(shí)增加并大力發(fā)展海洋領(lǐng)域的高技術(shù)，為我國(guó)走可持續(xù)發(fā)展道路起到了積極的示范作用。國(guó)家“863”計(jì)劃“海域地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)技術(shù)”專題科研人員歷時(shí)4年，日前完成了海底地形地貌的全覆蓋高精度探測(cè)技術(shù)，海洋深部地殼結(jié)要的探測(cè)技術(shù)，海洋深部地殼結(jié)構(gòu)的探測(cè)技術(shù)等5大課題。課題在實(shí)施過程中共獲9項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，6項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品，為更加深入地了解我國(guó)海域地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造，高精度地再現(xiàn)我國(guó)300萬(wàn)平方公里海域的地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐?！昂Ｑ蟮匦蔚孛才c地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)技術(shù)”以多波束系統(tǒng)全覆蓋高精度探測(cè)技術(shù)、深拖系統(tǒng)側(cè)掃和視像技術(shù)、雙船地震地殼探測(cè)技術(shù)的突破為重點(diǎn)，形成海底地形地貌控測(cè)技術(shù)、側(cè)掃視像技術(shù)、高精度導(dǎo)航定位技術(shù)、高分辨率地震探測(cè)技術(shù)、雙船折射/廣角反射地震技術(shù)、三維地震層析成像技術(shù)、海洋動(dòng)態(tài)大地測(cè)量基準(zhǔn)技術(shù)以及圖形技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、自動(dòng)成圖技術(shù)、人工智能解釋技術(shù)等的集成系列，帶動(dòng)海洋地學(xué)調(diào)查技術(shù)和研究水平整體上一個(gè)新臺(tái)階，達(dá)到90年代國(guó)際先進(jìn)水平。通過典型海域的技術(shù)試驗(yàn)，形成一整套最優(yōu)化的探測(cè)技術(shù)集成、成圖顯示技術(shù)集成和智能解釋技術(shù)集成的方法系列，為區(qū)域海洋地質(zhì)調(diào)查，為我國(guó)大陸架和專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的專項(xiàng)調(diào)查提供高新技術(shù)支撐；為海區(qū)劃界、維護(hù)海洋權(quán)益和資源評(píng)價(jià)提供重要科學(xué)合肥市據(jù)。并先后研制開發(fā)了海域地形地貌全覆蓋高精度探測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，結(jié)束了我國(guó)無(wú)中、大比例尺海底地質(zhì)調(diào)查能力的歷史。開發(fā)完成了多波束測(cè)深系統(tǒng)、深拖側(cè)掃視像系統(tǒng)和差分GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)，并配套完善了多波束測(cè)深系統(tǒng)的后處理系統(tǒng)，已具備作用距離800公里，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位精度優(yōu)于10米，可完成1：10萬(wàn)?1：100萬(wàn)任意比例尺的高精度海底地形地貌圖和三維立體圖的技術(shù)能力。目前，該項(xiàng)技術(shù)成果已成功應(yīng)用到“我國(guó)專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)和大陸架勘測(cè)”和“太平洋多金屬結(jié)核和富結(jié)核殼礦區(qū)勘查”等方面，產(chǎn)生了明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，僅多波束現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)探技術(shù)的推廣，就節(jié)約成本約1000萬(wàn)元，提高工作時(shí)效30%?50%。22從大陸架到深海大洋，廣闊的海底是石油、天然氣、氣體水合物、鐵錳結(jié)核等礦物資源的賦存場(chǎng)所，又是海底擴(kuò)張、板塊構(gòu)造、古海洋學(xué)和全球構(gòu)造等學(xué)說的發(fā)源地。因此，調(diào)查研究海底具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和科學(xué)意義。我們必須努力去探索海底奧秘，使其造福于人類。探索海底的主要手段是海洋地質(zhì)調(diào)查，即利用地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)等多種綜合手段探測(cè)和查明海底地形、地質(zhì)構(gòu)造、沉積物、巖石和礦產(chǎn)資源分布狀況。海洋地質(zhì)調(diào)查與陸地地質(zhì)調(diào)查不同的是，它必須借助海洋地質(zhì)調(diào)查船來進(jìn)行工作。在現(xiàn)代海洋高新技術(shù)的介入和支撐下，水下地形聲學(xué)探測(cè)技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展，現(xiàn)已成為世界各海洋國(guó)家在海洋測(cè)繪方面的重要研究領(lǐng)域之一，在探索洋底地貌、海戰(zhàn)保障、建設(shè)海洋工程、開發(fā)海洋資源、發(fā)展海洋科學(xué)、維護(hù)海洋權(quán)益等方面都發(fā)揮了極為重要的作用。其發(fā)展大體經(jīng)歷了經(jīng)典回聲測(cè)深、旁視聲吶掃測(cè)、多換能器掃測(cè)、多波束測(cè)深、相干聲吶測(cè)深五個(gè)階段，下面將對(duì)各階段的技術(shù)及儀器設(shè)備發(fā)展情況進(jìn)行概述。經(jīng)典回聲測(cè)深回聲測(cè)深儀的原理是利用水聲換能器垂直向下發(fā)射聲波并接收海底回波，根據(jù)回波時(shí)間和聲速來確定被測(cè)點(diǎn)的水深，通過水深的變化就可以了解海底地形的情況。用“回聲測(cè)深”的構(gòu)思最早是法國(guó)的阿喇果提出的，1807年，阿喇果指出利用聲反射可以測(cè)量海深。在第一次和第二次世界大戰(zhàn)期間，海洋聲學(xué)有了顯著的發(fā)展，回聲測(cè)深技術(shù)發(fā)展迅速，并首先應(yīng)用于詳細(xì)調(diào)查海底電纜線路方面。根據(jù)測(cè)深的范圍，又出現(xiàn)了淺水回聲測(cè)深儀、中深度回聲測(cè)深儀和深水回聲測(cè)深儀等固定系列的回聲測(cè)深儀系統(tǒng)?；芈暅y(cè)深儀的出現(xiàn)，可以說是海洋測(cè)深技術(shù)方面的一次飛躍。傳統(tǒng)的測(cè)深儀有兩個(gè)缺點(diǎn)：由于采用單波束，測(cè)線之間可能會(huì)形成漏測(cè)，降低了海圖的可靠性。為了接收回波，一般測(cè)深儀的波束都比較寬，但是寬波束又有另外的缺點(diǎn)，即如果海底深度變化比較快的話，測(cè)量結(jié)果就會(huì)有誤差。由于其設(shè)備簡(jiǎn)單，廣泛地應(yīng)用于航海保證、海洋開發(fā)等水深測(cè)量中。但不適用于港口航道等高精度大比例尺、要求全覆蓋式水深的測(cè)量。旁視聲吶掃測(cè)2320世紀(jì)60年代，出現(xiàn)了側(cè)掃聲吶，可探測(cè)船一側(cè)（或兩側(cè)）一定面積海域內(nèi)的海底障礙物和海底地貌，可以取得類似于航攝效果的海底表面聲學(xué)圖像。單波束測(cè)深儀探測(cè)海底地貌是線狀的，不同測(cè)深線之間的海底地貌都是探測(cè)的盲區(qū)。為了普遍地觀察海底地貌，人們將軍事上用于探測(cè)水雷、潛艇的聲吶演變成將回聲信號(hào)記錄在記錄紙上的側(cè)掃聲吶，國(guó)際上也稱旁掃聲吶和記錄聲吶，中國(guó)則定名為海底地貌探測(cè)儀。其原理就是向測(cè)量船航向的垂直方向一側(cè)或兩測(cè)周期性地發(fā)射一個(gè)水平開角很?。s1.5?2.5）,垂直開角很大（約40）的短聲波脈沖，短聲波脈沖到達(dá)海底后，根據(jù)海底距換能器的遠(yuǎn)近，被不斷反射，并被按反射信號(hào)的強(qiáng)弱程度以記錄點(diǎn)灰度大小的不同記錄在記錄紙上。這樣可以觀察出海底地貌的變化，有沒有礙航物和海底沉積物等。側(cè)掃聲吶只能觀察海底地貌的變化，對(duì)海底物體的大小、深度只能憑經(jīng)驗(yàn)和記錄信號(hào)粗略計(jì)算得出。目前先進(jìn)的側(cè)掃聲吶配備有計(jì)算機(jī)圖像處理甚至識(shí)別系統(tǒng)，可以分析對(duì)海底目標(biāo)的大小、形狀、深度等，但要想詳細(xì)探測(cè)還得借助于潛水員潛摸、單波束測(cè)深儀探測(cè)、多換能器掃海等其他辦法。多換能器掃測(cè)為了使回聲測(cè)深儀在海底地形探測(cè)方面發(fā)揮更大的作用，上個(gè)世紀(jì)60年代中期，丹麥皇家水道測(cè)量局曾使用一種將幾個(gè)回聲測(cè)深儀換能器安裝在拖曳浮標(biāo)上進(jìn)行水深測(cè)量的小型拖曳式并聯(lián)測(cè)深裝置，以后經(jīng)過逐步改進(jìn)，又研制出一種用于沿海地區(qū)水深測(cè)量和掃測(cè)的大型拖曳式并聯(lián)測(cè)深裝置。這種新型并聯(lián)測(cè)深裝置于1971年開始試驗(yàn)，并于1975年提供了可供使用的裝置。多換能器掃測(cè)設(shè)備的精度與單波束測(cè)深儀的精度相仿。從嚴(yán)格意義上講，多換能器掃測(cè)設(shè)備必須配備船姿測(cè)量?jī)x，否則只能在海況較好的情況下使用。多換能器掃測(cè)設(shè)備由于其測(cè)量效率低于多波束測(cè)深系統(tǒng)，并且不適用于深度較大的海區(qū)，目前主要用于在港口與航道區(qū)，通常要定期實(shí)施全覆蓋掃測(cè)，以確保不遺漏海底淺點(diǎn)。多波束測(cè)深20世紀(jì)70年代，出現(xiàn)了多波束測(cè)深系統(tǒng)，它能一次給出與航線垂直的平面內(nèi)幾十個(gè)甚至百余個(gè)海底被測(cè)點(diǎn)的水深值，形成一定寬度的全覆蓋的水深條帶，可以比較可靠地反映出海底地形的細(xì)微起伏，比單一測(cè)線的水深測(cè)量確定海底地24形更真實(shí)。目前，多波束測(cè)深系統(tǒng)正向小型化發(fā)展，適用淺水海域和簡(jiǎn)易船只的新產(chǎn)品已經(jīng)有售。與單波束回聲測(cè)深儀相比，多波束測(cè)深系統(tǒng)具有測(cè)量范圍大、測(cè)量速度快、精度和效率高、記錄數(shù)字化和實(shí)時(shí)自動(dòng)繪圖的優(yōu)點(diǎn)，把測(cè)深技術(shù)從原先的點(diǎn)、線擴(kuò)展到面，并進(jìn)一步發(fā)展到立體測(cè)深和自動(dòng)成圖，使海底測(cè)量完成得又快又好。“多波束探測(cè)”的萌芽都可以追索到上世紀(jì)50?60年代美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所（咄01）構(gòu)想的項(xiàng)目。1976年，數(shù)字化計(jì)算機(jī)處理及控制硬件技術(shù)應(yīng)用到窄波束回聲測(cè)深儀中，從而誕生了第一臺(tái)多波束掃描測(cè)深系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱SeaBeam系統(tǒng)。除SeaBeam系統(tǒng)外，從上世紀(jì)80年代中期至90年代初，許多制造公司也開始進(jìn)入這一領(lǐng)域研制出不同型號(hào)的淺水用和深水用多波束測(cè)深系統(tǒng)。多波束測(cè)深系統(tǒng)可分為淺水多波束測(cè)深系統(tǒng)和深水多波束測(cè)深系統(tǒng)。淺水系統(tǒng)深度量程為3?400m,深水系統(tǒng)量程可達(dá)10?11000m，覆蓋范圍可達(dá)2.5?7.4倍水深。精度為2?10cmX0.2?0.5%深度。波束可由數(shù)十個(gè)到近兩百個(gè)子波束組成。從而使海底地形探測(cè)技術(shù)日臻完善，并向著高精度、智能化、多功能的組合式測(cè)深系統(tǒng)方向發(fā)展。相干聲吶測(cè)深海洋測(cè)繪儀器科研工作者在研究了側(cè)掃聲吶和多波束側(cè)深系統(tǒng)后，綜合了它們的長(zhǎng)處，研制出相干聲吶測(cè)深系統(tǒng)。它的發(fā)射原理和側(cè)掃聲吶相差無(wú)幾，即向測(cè)量船航向的垂直方向兩側(cè)周期性發(fā)射一個(gè)水平開角很小，垂直開角很大的短聲波脈沖。接收原理是利用回波信號(hào)的不同相位來劃分不同的測(cè)量帶，計(jì)算每個(gè)帶的水深。由于相干聲吶的獨(dú)特結(jié)構(gòu)帶來了以下優(yōu)點(diǎn)：（1）采集的數(shù)據(jù)密度大，分辨率高；（2）能獲得真實(shí)的側(cè)掃圖像，真正做到條帶測(cè)深和側(cè)掃聲吶二合一；（3）覆蓋寬度大，有效水深覆蓋帶可達(dá)10?15倍水深；（4）精度優(yōu)于多波束，相干聲吶的測(cè)量精度優(yōu)于IHO規(guī)定的水深的1%；（5）由于相干聲吶回波信號(hào)強(qiáng)度，其工作水深在200m以內(nèi)時(shí)，效果比多波束測(cè)量的效果要好，精度比多波束測(cè)量的高；（6）可以對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和再處理；（7）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)成本低，換能器堅(jiān)固可靠，便于安裝。但工作水深大于200m時(shí)，其效果不如多波束好。將采集的海底信息繪成的海底地貌聲像圖，比側(cè)掃聲吶記錄的聲像圖要精細(xì)、直觀，25效果要好。相干聲納適用于港口航道水深掃測(cè)，是替代測(cè)深儀、旁側(cè)聲納的新型設(shè)備。水聲探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展水聲探測(cè)技術(shù)在海洋觀測(cè)和水下目標(biāo)探測(cè)中占有很重要的地位，是實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)遙測(cè)的主要手段，但以前偏重于軍事應(yīng)用。隨著冷戰(zhàn)時(shí)代的結(jié)束，大量軍事應(yīng)用水聲技術(shù)轉(zhuǎn)向民用，海洋聲探測(cè)技術(shù)將會(huì)得到較快的發(fā)展。目前，國(guó)際上比較成熟或正在發(fā)展的海洋聲探測(cè)技術(shù)是海流剖面測(cè)鐾技術(shù)、聲成像技術(shù)、魚群探測(cè)技術(shù)、聲層析技術(shù)、聲學(xué)多波束測(cè)深技術(shù)及聲通訊技術(shù)。國(guó)外目前的發(fā)展趨勢(shì)是提高分辨率和作用深度。海洋環(huán)境要比陸地環(huán)境更為復(fù)雜、更為惡劣、更為多變。在海洋環(huán)境下作業(yè)將遇到鹽霧、海水、高壓、臺(tái)風(fēng)、大浪等惡劣環(huán)境的干擾，長(zhǎng)時(shí)間工作的水下儀器設(shè)備還要受到海洋附著生物的污損，海上試驗(yàn)儀器設(shè)備還可能受到漁民的干擾。另外，海洋環(huán)境的多變性，也增加了海洋技術(shù)發(fā)展的難度。因此，對(duì)海洋環(huán)境的監(jiān)測(cè)往往要求實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，以期能較為真實(shí)地反映海洋環(huán)境，這也增加了海洋觀測(cè)技術(shù)發(fā)展的難度。水下機(jī)器人是一項(xiàng)綜合機(jī)械設(shè)計(jì)、高性能水下動(dòng)力裝置、智能控制和現(xiàn)代水聲技術(shù)的高新技術(shù)產(chǎn)品。水下機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自主式航行，必須具備在航行過程中能夠主動(dòng)避開障礙物、隨時(shí)判斷與海底之間距離、與指揮中心保持水下通訊和緊急狀態(tài)下報(bào)警的能力；為了完成自身的使命，水下機(jī)器人還應(yīng)具備在一定范圍內(nèi)搜索目標(biāo)、準(zhǔn)確判斷其類型與尺度的能力。從應(yīng)用的角度看，水下機(jī)器人在民用方面，可用于探測(cè)海底地貌、大面積海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、水下信息獲取、海洋資源勘探、海洋救險(xiǎn)與打撈。若將其性能提高，則可以用于軍事上，如用于探測(cè)敵方軍事目標(biāo)，進(jìn)行偵察活動(dòng)，也可用于跟蹤敵方潛艇，艦艇、航母等各種目標(biāo)。水下機(jī)器人依靠自身裝備的探測(cè)聲納系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè)、收集水下目標(biāo)的信息，根據(jù)探測(cè)系統(tǒng)搜集到的信息，對(duì)其航行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。探測(cè)聲納還可以用于對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、分類、定位和跟蹤。水下探測(cè)聲納系統(tǒng)不但可以用在水下機(jī)器人中，還可以用在民用的方面，比如，可以用于水下成像、水底打撈、捕魚、魚群探測(cè)、海洋石油勘探、船舶導(dǎo)航、水下作業(yè)、水文測(cè)量和海底地質(zhì)地貌的勘測(cè)等。由于水下機(jī)器人探測(cè)性能的優(yōu)劣很大程度上取決于其裝備的水下探測(cè)聲納系26統(tǒng)，因此，聲納系統(tǒng)成為水下機(jī)器人研制過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。此外，由于其應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛和對(duì)相關(guān)學(xué)科的輻射性，研究水下探測(cè)聲納系統(tǒng)的技術(shù)研究和產(chǎn)品研制已在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中扮演著十分重要的角色。美國(guó)先后研制了TRITON.APOGEE和ALTEX等多個(gè)極地考察專用水下機(jī)器人，用于對(duì)海冰特征、冰下水文、環(huán)境和生物等進(jìn)行觀測(cè)，從而獲得大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)，大大提高考察的效率。麻省理工學(xué)院的智能水下機(jī)器人Odyssey系列主要用于海冰下的檢測(cè)和標(biāo)圖:MITOdysseyIV水下機(jī)器人日本以東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所為主開發(fā)出的Twin—Burgerl&2、VIEROA150&250等多個(gè)型號(hào)的觀測(cè)型AUV,主要用于觀察海底電纜的鋪設(shè)和維護(hù)