水聲探測技術(shù)簡介

水聲探測技術(shù)簡介隨著海洋開發(fā)的日益深入，用于水下探測的相關(guān)技術(shù)越來越受到人們的重視。水聲探測的關(guān)鍵技術(shù)有水聲換能器和信號處理。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衰減嚴重。而聲波是人類迄今為止已知的唯一能在水中遠距離傳播的能量形式，所以海洋中檢測、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行相互轉(zhuǎn)換器件。在聲納中的地位類似于無線電設(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。通常按換能器的機理把水聲換能器分為5類。動圈換能器載有信號電流的環(huán)形線圈在磁鐵的環(huán)形縫隙中的恒定磁場里運動，線圈的運動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)在一個介電媒質(zhì)分開的表面充以不同電荷時，將互相吸引而產(chǎn)生力，當(dāng)電荷變化使力改變時，可以使與它相連的膜片運動從而向外輻射聲波，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。信號處理隨著信號處理技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是以數(shù)字信號處理器及其相關(guān)算法為技術(shù)支撐的數(shù)字濾波技術(shù)的出現(xiàn)，使得信號濾波處理的性能得到了大幅度的提高。在水聲信號處理器的研制中，采用廠針對性的自適應(yīng)濾波模塊，應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)和相應(yīng)的軟件算法對海洋環(huán)境條件下的水聲信號進行處理，從而克服了海洋環(huán)境噪聲、自噪聲及干擾信號，增強了被測信號的有效性，并順利實現(xiàn)了海洋復(fù)雜環(huán)境條件下水聲信號處理功能。自適應(yīng)系統(tǒng)最大的特點是具有時變和白動調(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信號處理的性能，而無需知道信號的結(jié)構(gòu)和信號的實際知識，假如一個自適應(yīng)濾波器輸入的僅為有用信號，它可以調(diào)整為一個全通濾波器；若輸人為有用信號并摻雜噪聲，則町自動調(diào)整為一個帶通濾波器。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的統(tǒng)計特性，自適應(yīng)信號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)在水聲信號處理器中的應(yīng)用，不僅解決了對已知信號的自動濾波和跟蹤，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也更為簡化，動態(tài)性能大為改善，而且還縮短了信號的處理時間，使信號實時處理變?yōu)榱爽F(xiàn)實。水聲探測技術(shù)的應(yīng)用進展水聲探測技術(shù)在海洋觀測和水下目標(biāo)探測中占有很重要的地位，是實現(xiàn)水下目標(biāo)遙測的主要手段，但以前偏重于軍事應(yīng)用。隨著冷戰(zhàn)時代的結(jié)束，大量軍事應(yīng)用水聲技術(shù)轉(zhuǎn)向民用，海洋聲探測技術(shù)將會得到較快的發(fā)展。目前，國際上比較成熟或正在發(fā)展的海洋聲探測技術(shù)是海流剖面測鐾技術(shù)、聲成像技術(shù)、魚群探測技術(shù)、聲層析技術(shù)、聲學(xué)多波束測深技術(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海洋中目標(biāo)反射信號的時間采樣，經(jīng)延時補償構(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)了被動和主動兩種工作方式的合成孔徑聲吶，1995年完成了實驗樣機。作用距離達到400m,分辮率達到10cm。國外目前的發(fā)展趨勢是提高分辨牢和作用深度。聲層析技術(shù)是美國人于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間來計算傳播路徑上的平均溫度，通過測冒聲在雙聲線傳播的時問差來測量上升流、通量、渦流等動力參數(shù)AT0C計劃利用了聲層析中的測溫方法，可以監(jiān)測兩點之間萬公里級距離內(nèi)的溫度平均變化，從而監(jiān)測氣候波動與溫度渡動之間的相關(guān)關(guān)系。我國已經(jīng)參加了AToC計劃。這是目前國際上很熱門的一項研究計劃和實驗技術(shù)。水下聲多媒體通訊技術(shù)在水下聲圖像、數(shù)據(jù)及語音通訊中有重要應(yīng)用價值，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。國外正在研究100km級的聲數(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、臺風(fēng)、大浪等惡劣環(huán)境的干擾，長時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技術(shù)的發(fā)展增加了很多的風(fēng)險.也增加了很多的困難。一臺經(jīng)室內(nèi)檢測和試驗非常優(yōu)良的儀器設(shè)備，投入海上使用時，會因細小的水密不良或鹽霧對接插件的腐蝕，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)百萬元的巨資，因此發(fā)展海洋高技術(shù)要有良好的經(jīng)濟支撐能力，會有較大的風(fēng)險。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，對海洋環(huán)境的監(jiān)測往往要求實時連續(xù)監(jiān)測，以期能較為真實地反映海洋環(huán)境，這也增加了海洋觀測技術(shù)發(fā)展的難度。水聲測深技術(shù)作為用于水下探測的一種重要技術(shù)，主要用來測量水中物體的位置及形態(tài)和對水下地形的描繪。

QinetiQ蛙人探測聲納聲波是目前人類所知唯一能在水下遠距離傳播的能量形式，聲納利用水聲技術(shù)探測水下目標(biāo)和水下通信，水聲技術(shù)是各國海軍進行水下監(jiān)視使用的主要技術(shù)，用于對水下目標(biāo)進行探測、分類、定位和跟蹤;進行水下通信和導(dǎo)航，保障艦艇、反潛飛機和反潛直升機的戰(zhàn)術(shù)機動和水中武器的使用。隨著現(xiàn)代聲納技術(shù)的發(fā)展和進步，新一代聲納具有更先進的探測性能和更遠的探測距離，一些高科技聲納還具有相當(dāng)高的分辨率，能夠識別蛙人和可疑水下航體。條帶測探儀測量圖在現(xiàn)代海洋高新技術(shù)的介入和支撐下，水下地形聲學(xué)探測技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展，現(xiàn)已成為世界各海洋國家在海洋測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)典回聲測深、旁視聲吶掃測、多換能器掃測、多波束測深、相干聲吶測深五個階段。在海洋探測技術(shù)中，包括在海洋表面進行調(diào)查的科學(xué)考察船、自動浮標(biāo)站，在水下進行探測的各種潛水器，以及在空中進行監(jiān)測的飛機、衛(wèi)星等。中國“蛟龍”號深海載人潛水器相關(guān)鏈接：所謂的蛙人（frogmen），就是擔(dān)負著水下偵察、爆破和執(zhí)行特殊作戰(zhàn)任務(wù)的部隊，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”。長時間在水下游動而戴著面罩、備有腳蹊、橡皮衣、氧氣筒等擔(dān)負特殊任務(wù)的兩棲部隊。我國海岸線長約1.8萬公里，沿海多是經(jīng)濟發(fā)達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距離傳播的能量形式，聲納利用水聲技術(shù)探測水下目標(biāo)和水下通信，水聲技術(shù)是各國海軍進行水下監(jiān)視使用的主要技術(shù)，用于對水下目標(biāo)進行探測、分類、定位和跟蹤;進行水下通信和導(dǎo)航，保障艦艇、反潛飛機和反潛直升機的戰(zhàn)術(shù)機動和水中武器的使用。聲納有效抵御來自水下的恐怖份子的襲擊。隨著國家安全組織的要求和現(xiàn)代軍事擴展包括防御恐怖份子的襲擊和打擊恐怖主義，發(fā)展了對于水下戰(zhàn)斗蛙人的抵御研究。隨著現(xiàn)代聲納技術(shù)的發(fā)展和進步，新一代聲納具有更先進的探測性能和更遠的探測距離，一些高科技聲納還具有相當(dāng)高的分辨率，能夠識別蛙人和可疑水下航體。國外目前已經(jīng)開發(fā)出許多新型的蛙人探測聲納，這些聲納可用于探測蛙人和其它作用。以色列開發(fā)出新型蛙人探測聲納2005年7月，以色列開發(fā)出新型蛙人探測聲納(DDS)。DDS是目前世界上能遠距離探測封閉式呼吸蛙人的可靠系統(tǒng)，可在強烈的海洋噪音和混響條件下保持預(yù)警能力。對攜帶封閉式呼吸裝置的蛙人，DDS的最小探測距離達到700m;對于攜帶開放式呼吸器的蛙人，DDS探測距離達到1000—2000m;對于有動力系統(tǒng)的蛙人運載器(SDV)，DDS探測距離能夠延伸到1400—2000m。DDS系統(tǒng)是由水面和水下設(shè)備組成，以一臺計算機作為指揮控制設(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聲納節(jié)點，這些節(jié)點大多隱藏在海底礁石或是港灣進出口。DDS系統(tǒng)采用了相對很低的工作頻率(60kHz)和更大的陣列，且運用信號處理算法用于自動探測、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，像一個十字架，且每兩組陣列背向安裝。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，和一個聲納預(yù)報模式預(yù)報探測距離。該系統(tǒng)能自動跟蹤20個目標(biāo)，提供距離、方向、深度和多普勒速度數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)采用先進的圖像處理技術(shù)，跟蹤數(shù)據(jù)可合成為一張圖，在計算機控制臺上顯示。英國蛙人探測系統(tǒng)奎奈蒂克公司于2005年9月向英國國防部交付了蛙人探測系統(tǒng)(DRS)。DRS系統(tǒng)具有探測和導(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、內(nèi)陸水系調(diào)查、考古等。探測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距離上探測到一個-25dB的目標(biāo)。導(dǎo)航系統(tǒng)采用長基線主動聲學(xué)發(fā)射方式。需要在適當(dāng)?shù)奈恢迷诤５坠潭?—4個聲波發(fā)射機應(yīng)答器(工作頻率為40—80kHz)，來進行可靠定位。通過該技術(shù)，導(dǎo)航誤差可以控制在0.5m。最大導(dǎo)航距離可達到1200m。蛙人探測系統(tǒng)一“冥府守門狗360”QinetiQ公司的蛙人探測系統(tǒng)一“冥府守門狗360”，該系統(tǒng)能自動探測、分類和跟蹤水下威脅，該系統(tǒng)聲納單元功能很強，能夠在500m范圍內(nèi)對蛙人進行探測。該系統(tǒng)利用一個獨立單元就可以覆蓋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。同樣可把許多單元部署在海床上，形成一道警戒線，以保護海港和航道的安全。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物(如海獅和海豚)。QinetiQ蛙人探測聲納美國的C-TECH蛙人探測聲納美國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或艦船上用于探測攜帶開式或閉式呼吸器的水下蛙人、運載器及小潛艇等小日標(biāo)。其提供的技術(shù)指標(biāo)為:探測距離最遠可達2000!^水平個向探測也可扇區(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)自動檢測及報警。國內(nèi)蛙人探測設(shè)備研究情況目前困內(nèi)在蛙人探測方面還沒有成型產(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，以便得到更好的測量效果。顯示器上實時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)，同時通過信號處理后對目標(biāo)進行分類識別，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年奧運會帆船帆板比賽中進行了運行，提供水下反恐監(jiān)于空服務(wù)。TRONKA聲納系統(tǒng)采用的是高頻探測技術(shù)，系統(tǒng)的工作頻率為60kHz，監(jiān)測寬度為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)所在點的聲速、聲線圖等信息、，并判斷目標(biāo)類別，發(fā)出警報。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世紀是海洋的世紀。面對浩瀚無邊的海洋，海底地形測量可謂是一切海洋工程活動的基礎(chǔ)，而它最基本的任務(wù)，就是測量海水的深度，測繪海底地形圖（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世紀是海洋的世紀。面對浩瀚無邊的海洋，海底地形測量可謂是一切海洋工程活動的基礎(chǔ)，而它最基本的任務(wù)，就是測量海水的深度，測繪海底地形圖（水深圖）。一、水下測深技術(shù)的發(fā)展人類有記載的最原始的水下測量是用竹竿來測量水深,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深器。1820年前后，法國物理學(xué)家以鐘為聲源測得海水平均聲速為1500m/s,從那時起,科技界都知道聲音在水下傳播要比空氣中快。20世紀20年代，出現(xiàn)了回聲測深儀。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)回波傳播的時間來確定被測點的水深。這種測深儀僅能測量船的航跡上的“點”，船未及區(qū)域是空白，因此不能獲得精細的海底地形。由于其測量效率、地形分辨率和精度上的缺陷，已無法滿足當(dāng)代海洋開發(fā)、海洋研究、海洋工程與海洋“專屬經(jīng)濟區(qū)”劃界等基礎(chǔ)測繪日益增長的新需求,20世紀60年代,美國首先開發(fā)出第三代測深產(chǎn)品一多波束測深系統(tǒng)（也稱“條帶測深儀”），這是當(dāng)今世界上最先進的海底地形測繪設(shè)備。條帶測深儀是一種多傳感器的復(fù)雜綜合系統(tǒng),是現(xiàn)代信號處理技術(shù)、高性能計算機技術(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、價格昂貴著稱，世界上僅有美國、加拿大、德國、挪威等少數(shù)國家能夠生產(chǎn)。1994年4月，國際海道測量組織IHO制定了新的海道測量標(biāo)準(zhǔn)，即IHOS-44標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定高級別的水深測量必須使用條帶測深儀，這意味著條帶測深儀取代回聲測深儀已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)不可逆轉(zhuǎn)的潮流。二、我國條帶測深技術(shù)的現(xiàn)狀直至20世紀90年代初，我國在條帶測深技術(shù)領(lǐng)域仍屬空白。為適應(yīng)海洋活動的新形勢，改變我國海洋測繪技術(shù)落后的現(xiàn)狀，“八五”期間，國家將條帶測深儀列為重點攻關(guān)項目，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)突破了多項關(guān)鍵技術(shù)難點，，終于在1998年8月研制成功條帶測深儀并通過技術(shù)鑒定。該產(chǎn)品已正式裝備我國現(xiàn)代化海洋測量船，其總體技術(shù)達到了20世紀90年代國際同類產(chǎn)品先進水平，大大縮小了我國與世界海底地形測繪技術(shù)強國的差距，條帶測深儀的研制成功可謂是我國測深技術(shù)的一次重大的革命。哈爾濱工程大學(xué)的前身是中國人民解放軍軍事工程學(xué)院（哈軍工），是首批進人“211工程”建設(shè)的全國重點高校之一，擁有國家級水聲技術(shù)國防科技重點實驗室，其水聲工程學(xué)科是國家重點學(xué)科，技術(shù)力量雄厚，擁有各種先進的專業(yè)儀器設(shè)備。自1992年起就開始了條帶測深技術(shù)的研究,該項目前期投人經(jīng)費已經(jīng)達到人民幣700萬元。1999年6月條帶測深儀項目獲得中船總科技進步一等獎。三、條帶測深儀的工作原理條帶測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，經(jīng)過模擬/數(shù)字信號處理，形成多個波束，同時獲得海底條帶上幾十個甚至上百個采樣點的水深數(shù)據(jù)。其測量條帶覆蓋范圍為水深的2-8倍，與現(xiàn)場采集的導(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。與單波束回聲測深儀相比,條帶測深儀具有測量范圍大、10測量速度快、精度高和效率高的優(yōu)點。它把測深技術(shù)從點、線擴展到面，并進一步發(fā)展到立體測深和自動成圖，特別適合大面積的海底地形探測。條帶測深儀使海底探測經(jīng)歷了一個革命性的變化，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、條帶測深儀的應(yīng)用條帶測深儀具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域：1、大面積掃海測量內(nèi)容包括我國大陸架測量，與周邊國家的海洋專屬經(jīng)濟區(qū)（EEZ）劃界等。我國擁有300萬平方公里的海洋國土，若使用傳統(tǒng)的回聲測深方法測量，需要150年時間，而用條帶測深儀測量，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，并對鋪設(shè)好的電纜進行掩埋和質(zhì)量檢查,這些作業(yè)的完成都需要對海底地形進行細致的勘查，使用條帶測深儀能夠?qū)κ┕ぷ鳂I(yè)區(qū)進行全覆蓋測量,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有的機理,。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平臺。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，這就需要對海底地形進行高分辨力的全覆蓋測量，條帶測深儀是最理想的測繪儀器。4、水庫測量庫容量是水庫管理和水資源分配的重要依據(jù)，陸地上水土流失現(xiàn)象會使水庫淤積，庫容量減小，蓄洪能力下降；大壩附近泥沙淤積量超過警戒線時，會影響水庫的正常運行，甚至危及大壩的安全，所以必須經(jīng)常對水庫進行測量。水庫選址通常在山區(qū)，地形復(fù)雜，并且，庫容測量的技術(shù)要求高，只有條帶測深儀才能夠滿足其需要。5、河道測量11我國是一個河流眾多的國家，水路運輸是全國交通網(wǎng)的重要組成部分，但是，目前通航河流的總里程只有8萬公里，還有大量的資源沒有開發(fā)利用，迫切需要進行勘查。即便是已經(jīng)通航的河流，由于河道的變化快，也需要經(jīng)常測量。如浙江省的雨江，每年都要進行測量。利用條帶測深儀的寬波束很容易測量出河道的剖面。順流而下就能夠完成全河道測量。6、抗洪搶險我國是一個水患頻繁的國家，而且，由于森林植被的破壞，洪澇災(zāi)害發(fā)生區(qū)域有逐年擴大的趨勢，每年都會造成重大的經(jīng)濟損失,條帶測深儀在檢查堤壩隱患，監(jiān)測洪水流量等方面可以發(fā)揮重要作用。止匕外，洪水還會對水中建筑物造成危害。例如，洪水對鐵路橋梁橋墩的沖刷可能導(dǎo)致橋梁坍塌,造成重大事故，因此需要對橋墩的沖刷情況進行監(jiān)測，目前使用的測量儀器是回聲側(cè)深儀，測量船必須緊靠橋墩測量,容易發(fā)生碰撞，危及人員和橋梁的安全，而條帶測深儀因其具有旁測能力，可以在遠處進行測量，從而可以避免事故的發(fā)生。7、軍事領(lǐng)域馬島戰(zhàn)爭和海灣戰(zhàn)爭的歷史經(jīng)驗告訴我們，現(xiàn)代戰(zhàn)爭往往是從海上開始的。為了在未來高技術(shù)戰(zhàn)爭中掌握海上戰(zhàn)場的主動權(quán)，利用和平時期做好海上戰(zhàn)場準(zhǔn)備很有必要。條帶測深儀是進行水下戰(zhàn)場準(zhǔn)備最基礎(chǔ)、最有效的工具。隨著我軍戰(zhàn)略思想的改變，海軍向遠洋發(fā)展，條帶測深儀在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。8、考古領(lǐng)域水下考古在我國還是一門年輕的學(xué)科，我國近海沉睡著大量的古代沉船，但是因為缺少相關(guān)的高科技手段，只能聽?wèi){國外的冒險家掠奪，極大地傷害了我們的民族自尊心。80年代我國成立了第一支水下考古隊，2001年6月首次動用各種高科技設(shè)備在云南省撫仙湖進行水下遺址考古調(diào)查，哈爾濱工程大學(xué)研制的條帶測深儀參加了這次考古活動。首次探測到水下遺址的地形，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，被公認為是極有價值的水下考古高科技設(shè)備。據(jù)專家評論：水下考古引人條帶測深儀，就如同當(dāng)年考古界引入碳/8檢測年代的方法，具有里程碑的意義。我們期待著，哈爾濱工程大學(xué)的條帶測深儀能夠廣泛應(yīng)用到水下測繪工作中去，為我國的水下測繪事業(yè)做出更大的貢獻。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，隨向陽紅09海試船駛?cè)肽虾＿M行3000米級海試，成功書寫了中國載人深潛新的神話。8月26日，“蛟龍?zhí)枴鄙詈］d人潛水器在南海取得3000米級海試成功，最大下潛深度達到3759米。這標(biāo)志著我國成為繼美、法、俄、日之后第五個掌握3500米以上大深度載人深潛技術(shù)的國家。中國“蛟龍”號深海載人潛水器項目介紹載人潛水器是國家863計劃支持的項目，國家海洋局是項目組織部門，中國大洋協(xié)會是項目牽頭單位，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)過歷時七載的聯(lián)合攻關(guān)，終于實現(xiàn)了耐壓結(jié)構(gòu)、生命保障、遠程水聲通訊、系統(tǒng)控制等關(guān)鍵技術(shù)的突破?！膀札?zhí)枴陛d人潛水器的研制成功，提升了我國在深海技術(shù)領(lǐng)域的國際影響力，增強了中國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“嚴謹求實、團結(jié)協(xié)助、拼搏奉獻、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，應(yīng)急：3X84人時；正常水下工作時間12小時。技術(shù)特點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；三是具有先進的水聲通信和海底微地形地貌探測能力，可以高速傳輸圖象和語音，探測海底的小目標(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、機械臂緊急上浮“‘蛟龍?zhí)枴哂蟹€(wěn)定接近海底、自動航行和懸停定位等功能，可以和母船進行高速語音、文字、圖像等實時傳輸。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)時間?！迸c其他國家的載人深潛器比較，徐芭南認為“蛟龍?zhí)枴本哂猩鲜鎏攸c。正像進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的深海作業(yè)能力，是一個國家深海技術(shù)競爭力的綜合體現(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)險不小。如何保障人員安全呢？“深潛器有點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)時間多待3天，并有相關(guān)保障。[2]項目評價這個我國自行設(shè)計、集成創(chuàng)新、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的世界首個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)境下進行資源勘查、科學(xué)考察和其它深海特定作業(yè)，可使我國深?；顒幽芰Ω采w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)計下潛深度最大載人深潛試驗遵循“由淺入深、循序漸進、安全第一”的原則，海上試驗將分階段逐步達到最大設(shè)計深度7000米。2009年，我國在南海成功進行了20次14下潛，最大下潛深度達1109米。由此，中國成為繼美國、俄羅斯、日本和法國之后世界上第五個具備1000米深度載人深潛能力的國家。用于海底地質(zhì)探測可傳輸圖像和語音“蛟龍?zhí)枴钡目傇O(shè)計師徐芭南介紹說，“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器具有針對作業(yè)目標(biāo)穩(wěn)定的懸停定位能力，具有先進的水聲通信和海底微地形地貌探測能力，可以高速傳輸圖像和語音，探測海底的小目標(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\載科學(xué)家和工程技術(shù)人員進入深海，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、海底高精度地形測量、可疑物探測和捕獲等工作，并可以執(zhí)行水下設(shè)備定點布放、海底電纜和管道的檢測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10916米(海溝最深點為11034米)，奪得了下潛深度的冠軍。當(dāng)時的潛水器在技術(shù)上還比較原始。1966年美國在西班牙的Palamers海域失落了一顆氫彈，由“阿爾文”號(Alvin)潛水器與CURV無人遙控潛水器配合，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(Lulu)上起吊時，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打撈出水。[2]全球第五個潛入3500米的國家我國繼美、法、俄、日之后第五個掌握大深度載人深潛技術(shù)科技部和國家海洋局26日在京聯(lián)合宣布，我國第一臺自行設(shè)計、自主集成研制的“蛟龍?zhí)枴鄙詈］d人潛水器3000米級海試取得成功，最大下潛深度達到3759米。這標(biāo)志著我國成為繼美、法、俄、日之后第五個掌握350015米以上大深度載人深潛技術(shù)的國家。突破3700米水深記錄中國科學(xué)技術(shù)部、國家海洋局2010年8月26日在北京聯(lián)合宣布，中國第一臺自行設(shè)計、自主集成研制的“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器3000米級海試取得成功?！膀札?zhí)枴弊畲笙聺撋疃冗_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小時零3分的記錄。為推動中國深海運載技術(shù)發(fā)展，為中國大洋國際海底資源調(diào)查和科學(xué)研究提供重要高技術(shù)裝備，同時為中國深?？碧健⒑５鬃鳂I(yè)研發(fā)共性技術(shù)，中國科技部于2002年將“蛟龍”號深海載人潛水器研制列為國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）重大專項，啟動“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器的自行設(shè)計、自主集成研制工作?！膀札?zhí)枴陛d人潛水器設(shè)計最大下潛深度為7000米，工作范圍可覆蓋全球海洋區(qū)域的99.8%。在國家海洋局組織安排下，中國大洋協(xié)會作為業(yè)主具體負責(zé)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器項目的組織實施，并會同中船重工集團公司702所、中科院沈陽自動化所和聲學(xué)所等約100家中國國內(nèi)科研機構(gòu)與企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，攻克了中國在深海技術(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?zāi)复脑欤瓿蓾摵絾T選拔和培訓(xùn)，從而具備開展海上試驗的技術(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米級和3000米級海試工作。2010年5月31日-7月18日，“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器在中國南海3000米級海上試驗中取得巨大成功，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小時零3分的記錄，驗證了“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器在3000米級水深的各項性能和功能指標(biāo)。在短短11個月內(nèi)，中國載人深潛試驗完成了從零到3700米水深的重大跨越。專家稱，這一海試成功實現(xiàn)了中國深海裝備技術(shù)的跨越式發(fā)展，標(biāo)志著中國繼美、法、俄、日之后成為世界上第五個掌握3500米以上大深度載人深潛技術(shù)的國家。此次海上試驗還充分驗證潛水器的功能和各項技術(shù)指標(biāo)，為資源調(diào)查和科學(xué)研究的實際應(yīng)用以及更大深度試驗奠定堅實基礎(chǔ)。背景資料16深海潛水器是海洋技術(shù)開發(fā)的前沿與制高點之一，體現(xiàn)著一個國家的綜合技術(shù)力量。目前美國、法國、俄羅斯、日本擁有世界上僅有的五艘6000米級深海載人潛水器。這些裝備到達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)地對世界海洋進行考察則僅有30年左右?，F(xiàn)代海洋探測著重于海洋資源的應(yīng)用和開發(fā)，探測食油資源的儲量、分布和利用前景，監(jiān)測海洋環(huán)境的變化過程及其規(guī)律。在海洋探測技術(shù)中，包括在海洋表面進行調(diào)查的科學(xué)考察船、自動浮標(biāo)站，在水下進行探測的各種潛水器，以及在空中進行監(jiān)測的飛機、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“挑戰(zhàn)者”號。該船長226英尺，排水量2300t，使用風(fēng)力和蒸汽作為動力。從1872年起，歷經(jīng)4年時間環(huán)繞航行，觀測資料包括洋流、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，美國的“信天翁”號探測船測東太平洋。1927年德國的“流星”號探測船首次使用電子探測儀測量海洋深度，校正了“挑戰(zhàn)者”號繪制的不夠準(zhǔn)確的海底地形圖。據(jù)統(tǒng)計，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，它們研制的無人駕駛深海巡航探測器“浦島”號，在3000米深的海洋中行駛了3518米，創(chuàng)造了世界記錄。“浦島”號全長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，是這家海洋研究機構(gòu)的主要設(shè)備之一?！ㄆ謲u〃號上安裝著高精度的導(dǎo)航裝置及觀測儀器，使用鋰電池作動力。這艘無人駕駛的深海探測器，使用無線通信手段向海面停泊的母船〃橫須賀〃號上傳送了用水中攝像機拍攝的深海彩色圖像。日本海洋科學(xué)技術(shù)中心認為，這一裝置在世界上居領(lǐng)先地位。以這次航行試驗成功為基礎(chǔ)，海洋科學(xué)技術(shù)中心還計劃開發(fā)性能更高的無人駕駛深海探測器，并且使用燃料電池作動力源。17海洋科學(xué)調(diào)查船擔(dān)負著調(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、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，為世界各國科學(xué)家所矚目。大型海洋調(diào)查船可對全球海洋進行綜合調(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。船上的機電設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、通訊系統(tǒng)等十分先進，燃料及各種生活用品的裝載量大，能夠長時間堅持在海上進行調(diào)查研究。同時，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海洋里許多現(xiàn)象進行觀測。這是因為它有一些特殊的本領(lǐng)。比如測量海水的溫度，用的就是遙感技術(shù)。當(dāng)太陽發(fā)出的電磁波到達海面時，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后得到的數(shù)據(jù)，所以觀測結(jié)果很真實。如果讓海洋衛(wèi)星來測量海浪的高度，就要用主動遙感技術(shù)。它就好像照相機使用閃光燈一樣。雷達成像系統(tǒng)就是一種主動微波遙感，它可以用來測量海浪的高度。它是利用海面〃粗糙度〃不同的原理來進行的。光波射到海面，如果海面沒有浪，就會呈現(xiàn)海平如鏡的狀態(tài)，即為光滑面。這時，從衛(wèi)星上發(fā)出的雷達波就會產(chǎn)生鏡反射，雷達接收不到回波。如果海面有波浪，就會變得‘粗糙〃，波浪越大，海面越〃粗糙〃，這時，雷達波就會向各個方向散射，產(chǎn)生漫反射，于是，雷達就會收到一部分回波。因此，波平如鏡的海面，在雷達正片上就顯得比較亮。根據(jù)回波信號的強弱以及雷達波的角度，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），以及無線電導(dǎo)航系統(tǒng)來確定調(diào)查船或觀測點在海上的位置；利用回聲測深儀，多波束回聲測深儀及旁測聲納測量水深和探測海底地形地貌；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，探測海底各種地球物理場特征、地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)資源，有的還利用放射性探測技術(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，面對占地表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，法國人奧古斯特?皮卡德設(shè)計建成“的里雅斯特”號自航式沸水器，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海軍上尉唐納唐?維爾什共同乘坐，闖蕩萬米深淵一一馬里亞納海溝。創(chuàng)下了10916米的世界紀錄。深潛器到達萬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，追求下潛的深度探險，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)用掀起了一個高潮。潛水器既是深海探測的工具，又是進行水下工程的重要設(shè)備。潛水器可分為載人潛水器和無人潛水器。深潛器的最大生產(chǎn)廠家是美國的佩里公司，到1983年，它總共建造了24艘載人深潛器。法國的科邁克斯公司規(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，可進行攝影、錄像，還有兩只分別為7個和5個自由度的機械手，用來采集海底樣品。1989年，日本建造了可達水深6500米的深潛器“深海6500號”，創(chuàng)造了載人深潛器水下6527米作業(yè)的世界紀錄。美國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)，采用流體動力，下潛航行時像在水下飛行，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，計算機技術(shù)的應(yīng)用對深潛器起到控制和監(jiān)測的功能，有效地減輕了駕駛員的工作負荷，簡化了人工操給的標(biāo)準(zhǔn)。人在地面上呼吸過程是在一個大氣壓力（101.325千帕）的條件下進行的。人在水下潛水時，情況就不一樣了，他呼吸的是大于1個大氣壓的高壓空氣，且水深度越大，所呼吸的空氣壓力也越高。此時，除了氧以外，氮氣等其他氣體也會進入血液。當(dāng)潛水員上浮時，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、氮氣等就開始離開血液。如果他上升得過快，氣體突然釋放，就會形成小氣泡，像打開汽水瓶蓋的情況一樣。此時，較大的氣泡會威脅心臟瓣膜的活動，較小的氣泡則會阻塞心腦血管，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，以便讓氮氣從他們的身體組織流往血液，再從血液流入肺里，最后從肺細胞壁逸出體外。這樣，上升雖然是緩緩的，但卻是保險的，氮氣完全被清除了，血秘里不會再有致命的氣泡出現(xiàn)?；蛟S你會問：既然潛水員很快地從海洋深和回升到水面將會帶來生命危險，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，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，人們設(shè)計了可以調(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，可以讓他立即返回，但必須馬上進入減壓艙。只有這樣，才能把他從死神手里挽救出來。減壓艙是一個密封的容器。當(dāng)潛水員從海洋深處迅速返回并進入減壓艙后，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，壓力一點點地減小的情況一樣。ROV是一種無人駕駛的深潛器，它最初是由美國海軍在20世紀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推進裝置，有電動的也有液壓的，或兩者結(jié)合。現(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”的強度，近來人們又使用了高強度的光纖系統(tǒng)，可用于6000米的ROV的動力和通信設(shè)備，這類深潛器叫做高級系統(tǒng)深潛器ATV。如日本人研制的“海溝”號。還有一種不需要“臍帶”的自治式無人遙控深潛器。雖然它甩掉了那根令人煩惱的“臍帶”，根據(jù)指令或預(yù)先編好的程序進行作業(yè)，活動自如。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600米。第一臺無人遙控深潛器于1985年底研制成功，潛深200米。1989年，我國與加拿大合作研制的ROV投入水下作業(yè)，它由電腦控制，能在水下完成自動定位和定航向，裝有5個功能機械手和水下攝影機，最大前進時度達2.5千米以上，最大水深200米。我國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！我國海洋探測技術(shù)我國海域遼闊，是發(fā)展中的海洋大國。我國海域面積約300萬平方公里，有著豐富的海洋資源，為實現(xiàn)從海洋大國跨入海洋強國的目標(biāo)，“863”計劃在海洋技術(shù)領(lǐng)域分別設(shè)置了海洋監(jiān)測技術(shù)、海洋生物技術(shù)和海洋探查與資源開發(fā)技術(shù)3個主題，以期為我國的海洋開發(fā)、海洋利用和海洋保護提供先進的技術(shù)和手段。以具有90年代海洋勘測國際先進水平的“海域于形地貌與地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)”的開發(fā)和研制為代表的多項選進的海洋控查與資源開發(fā)技術(shù)，為我國海洋資源的開發(fā)、利用、保護，維護海洋權(quán)益，捍衛(wèi)國家主權(quán)提供了高精度的科學(xué)依據(jù)。在“863”計劃的推動下，我國在合成孔徑成像聲納、高精度CTD部面儀和定標(biāo)檢測設(shè)備的研制和定標(biāo)檢測設(shè)備的研制和近海環(huán)境自動監(jiān)測技術(shù)方面等重大技術(shù)上取得突破性進展，并已進入世界先進水平行列。通過建立海洋環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)及示范系統(tǒng)促進了上海等城市區(qū)域性社會經(jīng)濟的發(fā)展，并為建立我國整個管轄海域的海洋環(huán)境立體監(jiān)測和信息服務(wù)系統(tǒng)奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。在僅僅4年多的時間里，我國沿海周邊地區(qū)已經(jīng)在全球海洋觀測系統(tǒng)框架下，初步建21立起了從航天、航空、海監(jiān)船體監(jiān)測體系，從整體上提高我國海洋環(huán)境觀測監(jiān)測和預(yù)測預(yù)報能力。國家“863”計劃及時增加并大力發(fā)展海洋領(lǐng)域的高技術(shù)，為我國走可持續(xù)發(fā)展道路起到了積極的示范作用。國家“863”計劃“海域地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造探測技術(shù)”專題科研人員歷時4年，日前完成了海底地形地貌的全覆蓋高精度探測技術(shù)，海洋深部地殼結(jié)要的探測技術(shù)，海洋深部地殼結(jié)構(gòu)的探測技術(shù)等5大課題。課題在實施過程中共獲9項創(chuàng)新技術(shù)，6項創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品，為更加深入地了解我國海域地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造，高精度地再現(xiàn)我國300萬平方公里海域的地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造提供了強有力的技術(shù)支撐。“海洋地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造探測技術(shù)”以多波束系統(tǒng)全覆蓋高精度探測技術(shù)、深拖系統(tǒng)側(cè)掃和視像技術(shù)、雙船地震地殼探測技術(shù)的突破為重點，形成海底地形地貌控測技術(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)、海洋動態(tài)大地測量基準(zhǔn)技術(shù)以及圖形技術(shù)、模式識別技術(shù)、自動成圖技術(shù)、人工智能解釋技術(shù)等的集成系列，帶動海洋地學(xué)調(diào)查技術(shù)和研究水平整體上一個新臺階，達到90年代國際先進水平。通過典型海域的技術(shù)試驗，形成一整套最優(yōu)化的探測技術(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，為我國大陸架和專屬經(jīng)濟區(qū)的專項調(diào)查提供高新技術(shù)支撐；為海區(qū)劃界、維護海洋權(quán)益和資源評價提供重要科學(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技術(shù)系統(tǒng)，結(jié)束了我國無中、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深系統(tǒng)的后處理系統(tǒng)，已具備作用距離800公里，實時動態(tài)定位精度優(yōu)于10米，可完成1：10萬?1：100萬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，該項技術(shù)成果已成功應(yīng)用到“我國專屬經(jīng)濟區(qū)和大陸架勘測”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)生了明顯的社會和經(jīng)濟效益，僅多波束現(xiàn)場數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)探技術(shù)的推廣，就節(jié)約成本約1000萬元，提高工作時效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所，又是海底擴張、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)濟價值和科學(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)探測技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展，現(xiàn)已成為世界各海洋國家在海洋測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)典回聲測深、旁視聲吶掃測、多換能器掃測、多波束測深、相干聲吶測深五個階段，下面將對各階段的技術(shù)及儀器設(shè)備發(fā)展情況進行概述。經(jīng)典回聲測深回聲測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)回波時間和聲速來確定被測點的水深，通過水深的變化就可以了解海底地形的情況。用“回聲測深”的構(gòu)思最早是法國的阿喇果提出的，1807年，阿喇果指出利用聲反射可以測量海深。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，回聲測深技術(shù)發(fā)展迅速，并首先應(yīng)用于詳細調(diào)查海底電纜線路方面。根據(jù)測深的范圍，又出現(xiàn)了淺水回聲測深儀、中深度回聲測深儀和深水回聲測深儀等固定系列的回聲測深儀系統(tǒng)?；芈暅y深儀的出現(xiàn)，可以說是海洋測深技術(shù)方面的一次飛躍。傳統(tǒng)的測深儀有兩個缺點：由于采用單波束，測線之間可能會形成漏測，降低了海圖的可靠性。為了接收回波，一般測深儀的波束都比較寬，但是寬波束又有另外的缺點，即如果海底深度變化比較快的話，測量結(jié)果就會有誤差。由于其設(shè)備簡單，廣泛地應(yīng)用于航海保證、海洋開發(fā)等水深測量中。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量。旁視聲吶掃測2320世紀60年代，出現(xiàn)了側(cè)掃聲吶，可探測船一側(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。單波束測深儀探測海底地貌是線狀的，不同測深線之間的海底地貌都是探測的盲區(qū)。為了普遍地觀察海底地貌，人們將軍事上用于探測水雷、潛艇的聲吶演變成將回聲信號記錄在記錄紙上的側(cè)掃聲吶，國際上也稱旁掃聲吶和記錄聲吶，中國則定名為海底地貌探測儀。其原理就是向測量船航向的垂直方向一側(cè)或兩測周期性地發(fā)射一個水平開角很?。s1.5?2.5）,垂直開角很大（約40）的短聲波脈沖，短聲波脈沖到達海底后，根據(jù)海底距換能器的遠近，被不斷反射，并被按反射信號的強弱程度以記錄點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，對海底物體的大小、深度只能憑經(jīng)驗和記錄信號粗略計算得出。目前先進的側(cè)掃聲吶配備有計算機圖像處理甚至識別系統(tǒng)，可以分析對海底目標(biāo)的大小、形狀、深度等，但要想詳細探測還得借助于潛水員潛摸、單波束測深儀探測、多換能器掃海等其他辦法。多換能器掃測為了使回聲測深儀在海底地形探測方面發(fā)揮更大的作用，上個世紀60年代中期，丹麥皇家水道測量局曾使用一種將幾個回聲測深儀換能器安裝在拖曳浮標(biāo)上進行水深測量的小型拖曳式并聯(lián)測深裝置，以后經(jīng)過逐步改進，又研制出一種用于沿海地區(qū)水深測量和掃測的大型拖曳式并聯(lián)測深裝置。這種新型并聯(lián)測深裝置于1971年開始試驗，并于1975年提供了可供使用的裝置。多換能器掃測設(shè)備的精度與單波束測深儀的精度相仿。從嚴格意義上講，多換能器掃測設(shè)備必須配備船姿測量儀，否則只能在海況較好的情況下使用。多換能器掃測設(shè)備由于其測量效率低于多波束測深系統(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)，通常要定期實施全覆蓋掃測，以確保不遺漏海底淺點。多波束測深20世紀70年代，出現(xiàn)了多波束測深系統(tǒng)，它能一次給出與航線垂直的平面內(nèi)幾十個甚至百余個海底被測點的水深值，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微起伏，比單一測線的水深測量確定海底地24形更真實。目前，多波束測深系統(tǒng)正向小型化發(fā)展，適用淺水海域和簡易船只的新產(chǎn)品已經(jīng)有售。與單波束回聲測深儀相比，多波束測深系統(tǒng)具有測量范圍大、測量速度快、精度和效率高、記錄數(shù)字化和實時自動繪圖的優(yōu)點，把測深技術(shù)從原先的點、線擴展到面，并進一步發(fā)展到立體測深和自動成圖，使海底測量完成得又快又好?！岸嗖ㄊ綔y”的萌芽都可以追索到上世紀50?60年代美國伍茲霍爾海洋研究所（咄01）構(gòu)想的項目。1976年，數(shù)字化計算機處理及控制硬件技術(shù)應(yīng)用到窄波束回聲測深儀中，從而誕生了第一臺多波束掃描測深系統(tǒng)，簡稱SeaBeam系統(tǒng)。除SeaBeam系統(tǒng)外，從上世紀80年代中期至90年代初，許多制造公司也開始進入這一領(lǐng)域研制出不同型號的淺水用和深水用多波束測深系統(tǒng)。多波束測深系統(tǒng)可分為淺水多波束測深系統(tǒng)和深水多波束測深系統(tǒng)。淺水系統(tǒng)深度量程為3?400m,深水系統(tǒng)量程可達10?11000m，覆蓋范圍可達2.5?7.4倍水深。精度為2?10cmX0.2?0.5%深度。波束可由數(shù)十個到近兩百個子波束組成。從而使海底地形探測技術(shù)日臻完善，并向著高精度、智能化、多功能的組合式測深系統(tǒng)方向發(fā)展。相干聲吶測深海洋測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，綜合了它們的長處，研制出相干聲吶測深系統(tǒng)。它的發(fā)射原理和側(cè)掃聲吶相差無幾，即向測量船航向的垂直方向兩側(cè)周期性發(fā)射一個水平開角很小，垂直開角很大的短聲波脈沖。接收原理是利用回波信號的不同相位來劃分不同的測量帶，計算每個帶的水深。由于相干聲吶的獨特結(jié)構(gòu)帶來了以下優(yōu)點：（1）采集的數(shù)據(jù)密度大，分辨率高；（2）能獲得真實的側(cè)掃圖像，真正做到條帶測深和側(cè)掃聲吶二合一；（3）覆蓋寬度大，有效水深覆蓋帶可達10?15倍水深；（4）精度優(yōu)于多波束，相干聲吶的測量精度優(yōu)于IHO規(guī)定的水深的1%；（5）由于相干聲吶回波信號強度，其工作水深在200m以內(nèi)時，效果比多波束測量的效果要好，精度比多波束測量的高；（6）可以對原始數(shù)據(jù)進行檢查和再處理；（7）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)成本低，換能器堅固可靠，便于安裝。但工作水深大于200m時，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、直觀，25效果要好。相干聲納適用于港口航道水深掃測，是替代測深儀、旁側(cè)聲納的新型設(shè)備。水聲探測技術(shù)的應(yīng)用進展水聲探測技術(shù)在海洋觀測和水下目標(biāo)探測中占有很重要的地位，是實現(xiàn)水下目標(biāo)遙測的主要手段，但以前偏重于軍事應(yīng)用。隨著冷戰(zhàn)時代的結(jié)束，大量軍事應(yīng)用水聲技術(shù)轉(zhuǎn)向民用，海洋聲探測技術(shù)將會得到較快的發(fā)展。目前，國際上比較成熟或正在發(fā)展的海洋聲探測技術(shù)是海流剖面測鐾技術(shù)、聲成像技術(shù)、魚群探測技術(shù)、聲層析技術(shù)、聲學(xué)多波束測深技術(shù)及聲通訊技術(shù)。國外目前的發(fā)展趨勢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、臺風(fēng)、大浪等惡劣環(huán)境的干擾，長時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，對海洋環(huán)境的監(jiān)測往往要求實時連續(xù)監(jiān)測，以期能較為真實地反映海洋環(huán)境，這也增加了海洋觀測技術(shù)發(fā)展的難度。水下機器人是一項綜合機械設(shè)計、高性能水下動力裝置、智能控制和現(xiàn)代水聲技術(shù)的高新技術(shù)產(chǎn)品。水下機器人要實現(xiàn)自主式航行，必須具備在航行過程中能夠主動避開障礙物、隨時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)下報警的能力；為了完成自身的使命，水下機器人還應(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，水下機器人在民用方面，可用于探測海底地貌、大面積海洋環(huán)境監(jiān)測、水下信息獲取、海洋資源勘探、海洋救險與打撈。若將其性能提高，則可以用于軍事上，如用于探測敵方軍事目標(biāo)，進行偵察活動，也可用于跟蹤敵方潛艇，艦艇、航母等各種目標(biāo)。水下機器人依靠自身裝備的探測聲納系統(tǒng)進行探測、收集水下目標(biāo)的信息，根據(jù)探測系統(tǒng)搜集到的信息，對其航行狀態(tài)進行調(diào)整。探測聲納還可以用于對水下目標(biāo)進行探測、分類、定位和跟蹤。水下探測聲納系統(tǒng)不但可以用在水下機器人中，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、海洋石油勘探、船舶導(dǎo)航、水下作業(yè)、水文測量和海底地質(zhì)地貌的勘測等。由于水下機器人探測性能的優(yōu)劣很大程度上取決于其裝備的水下探測聲納系26統(tǒng)，因此，聲納系統(tǒng)成為水下機器人研制過程中的一個重要環(huán)節(jié)。此外，由于其應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛和對相關(guān)學(xué)科的輻射性，研究水下探測聲納系統(tǒng)的技術(shù)研究和產(chǎn)品研制已在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中扮演著十分重要的角色。美國先后研制了TRITON.APOGEE和ALTEX等多個極地考察專用水下機器人，用于對海冰特征、冰下水文、環(huán)境和生物等進行觀測，從而獲得大量有價值的數(shù)據(jù)，大大提高考察的效率。麻省理工學(xué)院的智能水下機器人Odyssey系列主要用于海冰下的檢測和標(biāo)圖:MITOdysseyIV水下機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等多個型號的觀測型AUV,主要用于觀察海底電纜的鋪設(shè)和維護