面向典型海洋现象观测的水下滑翔机应用综述

水下滑翔机是一种浮力驱动的无人水下自治观探测平台, 具有持续性、鲁棒性、自主性等特点, 是构建海洋观测技术体系重要的水下航行器之一。文章从水下滑翔机发展历程、运行方式和专用传感器展开, 基于国内外海洋学文献综述研究, 重点对水下滑翔机在典型海洋现象观测应用方面进行总结。水下滑翔机的运行稳定性、长时续, 观测高分辨率、低成本的特点, 满足了对海洋中尺度涡、内波、湍流、环流/边界流和锋面的长时间、精细化立体观测要求; 鲁棒性、自主性的特点使其能够适应台风过境、地震、原油泄漏前后等紧急恶劣海洋状况的监测; 运行平稳、低噪声的特点使其成为声学监测与探测的良好平台。对比分析国内外的水下滑翔机(组网)应用状况可以发现, 国内水下滑翔机在传感器、数据处理和组网技术方面都需要进一步完善。最后总结并展望了国内外水下滑翔机面向海洋现象观测的应用。     

声学滑翔机技术现状及发展趋势

声学滑翔机是一类搭载声学观测设备的自主式无人水下航行器,是无人水声观测设备中的重要组成部分。声学滑翔机可以在复杂恶劣的海洋环境下对一定海域进行全方位、全天候、长时间的持续监测。 首先对声学滑翔机的国内外技术现状及在海洋中的应用进行总结,随后对声学滑翔机的关键技术进行了分析, 重点论述了声学滑翔机声学设备搭载技术、减振降噪技术及小尺度阵信号处理技术,最后给出了声学滑翔机未来的发展趋势。     

我国海洋声学探测技术竞争力分析

海洋声学探测技术用于海洋物理及海洋特定目标特性探测,是人类认识海洋、开发和利用海洋丰富资源必不可少的海洋高技术。文中全面介绍了海洋声学探测技术的技术结构以及致力于此技术研究的国内外主要研究机构,着重对比分析了国内外海洋声学探测技术的发展现状与趋势,并总结出我国该领域现存在的问题。结果表明我国海洋声学探测技术水平与国外相差10 a左右,未来需靠长期稳定支持、按需开展研究、加大基础工业投资以及提高材料与工艺水平等措施推进我国海洋声学技术的良性发展。     

GNSS-R海洋遥感监测技术综述

介绍了GNSS-R海洋遥感的发展过程、技术原理和理论模型,进一步研究了GNSS-R在海洋遥感各应用领域的主要研究内容,探讨了GNSS-R海洋测风、测高、海冰监测、溢油检测和移动目标探测的技术途径,概述了GNSS-R海洋遥感监测技术所涉及的反演理论和信息提取方法,并根据现有研究成果和海洋遥感的应用需要,提出今后需解决的关键技术和未来的发展方向。     

温盐深测量平台发展现状与趋势

温度、盐度和压力是海洋重要的基本物理特性参数。温盐深测量仪(Conductivity Temperature Depth,CTD)是海水温盐剖面观测的关键仪器,在海洋经济开发、海洋观测、海洋国防建设方面有着极为重要的意义。本文介绍了几种典型的温盐深测量设备及移动观测平台,重点论述了CTD在Argo浮标、水下滑翔机等海洋移动观测平台上的应用现状,分析了水下滑翔机搭载的CTD在热滞效应、湍流等因素影响下产生的测量误差。最后探讨了以水下滑翔机为代表的海洋移动观测平台搭载CTD测量技术的发展趋势及应用前景。     

西沙群岛海洋资源调查评估与南海渔业开发维权

海洋移动自主观测平台在海洋观测技术中越来越为人们所倚重,发达国家相继投入了大量的研究和部署.研究一种具有全天候、长续航力的海洋移动自主观测平台是当前一系列海洋装备中的研究热点和未来趋势,尤其是最近5年,这项工作更是达到了新的高度.针对长续航力海洋移动自主观测平台的特征,文中将其分为长续航力自主潜航器系列和水下滑翔机系列两大类,结合其共性问题分析了世界各国的研究现状,并对其未来发展趋势作了展望,最后简要讨论了这些平台未来发展中的关键技术.     

基于牛顿力学积分的水下滑翔机群协同控制研究

水下滑翔机是开展海洋无人移动观测的重要平台,其实际航行轨迹往往与预设路径存在较大差异,多台水下滑翔机协同观测时,难以始终保持预设的组网阵列。本研究提出一种基于牛顿力学积分的水下滑翔机群协同控制算法,根据水下滑翔机群出、入水的异步性调节水下滑翔机入水前的运动参数。基于对水下滑翔机受力分析,利用牛顿力学积分还原水下滑翔机在海洋中的运动状态,进而运用水下滑翔机群的协同控制算法同时约束多台水下滑翔机的运动,并开展仿真实验。实验结果证明该算法能够使多台水下滑翔机较好地保持预设组网阵列,从而可对目标海域进行协同观测。     

人工智能辅助的海洋立体观测与探测

海洋立体观测与探测是获取海洋信息的重要手段,是海洋科学研究、环境保护、经济发展的基础。近年来海洋立体观测网络的快速发展带来了观测数据质量与数量的显著提升,进一步推动了海洋信息处理技术从“模型为主”逐步迈向“数据与模型双驱动”的新范式。在这一过程中,人工智能(AI)与海洋信息的交叉融通发挥了重要作用。从海洋立体观测和探测 2 个方面,讨论经典方法的局限性,回顾 AI 辅助下海洋物理场重建、水下目标检测与水下目标定位的研究新进展,重点阐述 AI 辅助的海洋立体观测与探测研究中亟需解决的关键科学问题及潜在的解决思路,并展望了该领域未来的发展方向。     

深海沉积物热流原位、快速探测技术

热流探测技术的应用对研究海洋地壳活动规律、防灾减灾与天然气水合物新能源探测具有重要意义.论文对海底热流原位探测技术作了全面的介绍,分析了温度梯度与热导率原位、快速测量的发展现状,指出了我国未来发展海底热流探测技术急待解决的问题.     

全面提升海洋综合探测与研究能力——中国科学院海洋先导专项进展

中国科学院海洋先导专项的主要任务是针对国家对海洋的战略需求,瞄准海洋领域国际前沿问题,建立海洋综合探测与研究体系,从海洋系统的角度研究海洋的各种现象、过程和规律、提出应对措施。海洋科学的发展在很大程度上依赖于技术的进步和装备水平的发展,能力建设是实现海洋先导专项科学目标的前提和基础。本文重点介绍海洋专项实施以来在能力建设方面的主要进展,包括近海与深远海观测网建设、深海综合探测与研究平台体系建设、海洋装备研发,以及随着能力建设水平的提高所带来的科学认知上的突破。通过科学目标与技术研发的有机结合、国家海洋战略目标与基础科学发展的有机结合、海洋科学与经济社会发展有机结合的实践,海洋先导专项全面提升了我国海洋综合探测与研究的能力,为深入认知、预测、预警预报、综合管控、开发和保护海洋奠定了基础,推动我国海洋科技向纵深发展,从陆架边缘海走向广袤的深海大洋,从中国近海所面临的资源环境与可持续发展问题到探索全球海洋运作机制与未来海洋发展战略。     

Applying chaos to radar detection in an ocean environment: anexperimental study

Ship navigation through ice-infested waters is a problem of deep concern to the oil exploration industry of Northern countries. Conventional marine radars do not perform satisfactorily in detecting small targets such as small pieces of iceberg. This paper reports a new method for detection in an ocean environment. The approach is based on the recent observation that sea clutter, radar echoes from the sea surface, can be modeled as a nonlinear deterministic dynamical system which can be used as an alternative to the conventional stochastic process. Based on this model, detection in sea clutter is considered as dynamical system classification instead of statistical hypothesis testing. Two dynamical detection methods are proposed. The first one uses a dynamical invariant called the attractor dimension to distinguish a target from a pure clutter process. The second approach tries to detect the existence of a target by observing the “difference” of the motion of the target and the clutter process. To show the validity of the idea of dynamical detection in sea clutter, real sea clutter, and target data were used in this study     

基于预应力钢丝缠绕技术的深海超高压试验装置研制与应用

深海超高压环境模拟试验装置是深海关键技术与装备研究中必不可少的测试装置。采用传统的一体式压力筒研制大直径、超高压试验装置时难以克服应力集中的问题,安全性较低且造价昂贵。采用预应力钢丝缠绕技术研制的深海超高压环境模拟试验装置克服了其局限性,该装置是目前国内工作压力最高、可实现筒内环境数据监测且升降压自动控制的压力试验装置。文中简要介绍了该装置的系统组成及研制过程中主要关键技术问题及解决方法,最后介绍了典型实验应用,为深海超高压环境模拟试验装置的研制与应用提供参考。     

水下滑翔机器人研究进展及应用

水下滑翔机器人（AUG）是一种将浮标技术与传统水下机器人技术相结合的新型水下机器人,可用于长时间、大范围的海洋环境测量和监测,具有较高的可控性和机动性。在欧洲地区海洋环境安全（MERSEA）中水下滑翔机器人扮演了重要的角色,未来其应用领域将更加广泛,性能更加先进。     

Study on dim target detection and discrimination from sea clutter

Dim target detection from sea clutter is one of the difficult topics in ocean remote sensing application. By aiming at the shortcoming of false alarms when using track before detect (TBD) based on dynamic programming, a new discrimination method called statistics of direction histogram (SDH) is proposed, which is based on different features of trajectories between the true target and false one. Moreover, a new series of discrimination schemes of SDH and Local Extreme Value method (LEV) are studied and applied to simulate the actually measured radar data. The results show that the given discrimination is effective to reduce false alarms during dim targets detection.     

深海探测技术研发和展望

深海探测是人类实现可持续发展的战略途径和重要手段。为加快我国开发利用深海资源的进程,文章系统梳理深海探测技术及其研发,分析关键性深海探测技术,并提出深海探测技术的发展趋势。研究结果表明:全球积极研发深海探测技术,主要包括载人潜水器等深海运载器探测技术,声学、光学、电磁学和热学等深海传感探测技术以及生物、海水和岩芯等深海取样探测技术;我国也取得一系列研究成果,但技术水平和产业化水平总体较落后;精确、可靠和高效深海探测的关键性技术主要包括深海光学通信技术、深海导航定位技术、深海动力能源技术和深海装备材料技术,亟须技术攻关;未来深海探测技术将向体系化、协同化和智能化方向发展。     

基于YOLOv3深度学习的海雾气象条件下海上船只实时检测

海雾气象条件下船只高精度检测识别面临较大困难，传统的目标识别、定位方法效果差强人意。作者围绕海雾气象条件下不同类型船只的实时检测问题，提出一种基于YOLOv3深度学习的实时海上船只检测新思路。首先构建清晰图片和模糊图片（海雾、雨）的判别方法，实现图片清晰度分类处理；其次为提高海雾气象条件下海上船只的实时检测精度，消除海雾遮挡对目标识别的影响，运用暗通道先验去雾方法对含有海雾的图像实行去雾；最后基于YOLOv3深度学习算法对精细处理后的图像进行船只实时检测。实验结果表明该方法能够在海雾气象条件下高效、准确地检测到船只，对海上复杂环境条件下的船只实时检测研究具有一定的理论指导意义。     

高频地波雷达海杂波背景下的船只目标检测研究进展

针对海杂波对高频地波雷达目标检测的干扰问题,分目标处于海杂波谱区之内和之外两种情况综述了海杂波背景下的目标检测方法。对于海杂波内目标检测的难题,介绍了一种基于现场海态同步观测信息的检测新思路以及初步验证结果。对国内外相关研究进展的归纳总结和新思路的提出,为提出更加有效的海杂波干扰下的目标检测方法提供了重要的参考。     

高频地波雷达海杂波背景下的船只目标检测研究进展

针对高频地波雷达目标检测的海杂波干扰问题,分为目标处于海杂波谱区之内和之外两种情况综述了海杂波背景下的目标检测方法。对于海杂波谱区内目标检测的难题,介绍了一种基于现场海态同步观测信息的检测新思路以及初步验证结果。对国内外相关研究进展的归纳总结和新思路的提出,为深入研究相关方法,解决海杂波干扰下的目标检测问题提供了重要的参考。     

基于三阶斯托克斯波的谱估计及海浪数值模拟研究

为了拓宽建立深水非线性海浪频谱模型的研究途径,基于三阶斯托克斯波理论,提出了以改进的三阶斯托克斯波为组成波,以修正的自回归模型(AR)谱估计方法得到的估计谱(简称新谱)为靶谱的非线性海浪模型。通过基于模拟频谱和相位谱反演海浪波面高度时间序列(以下简称海浪时历反演方法)的谱比较方法验证了新谱的优越性,为从根本上解决精确评估海浪谱提供了技术支撑,对于增强未来掌控海战场具有重要意义。     

探猎雷装备探测概率分类方法研究

探猎雷装备作为海军反水雷部队的主要装备，其探测应用研究对提高建制式反水雷装备的作战效能具有重要意义。从作战部队探猎雷实战使用流程出发，结合探猎雷装备应用现状，提出了声呐探测目标的概率分类方法，建立了探测概率分类方法模型，对实际应用需解决的问题进行了探析。对开展海区水雷目标数量评估、目标的识别比对以及声呐探测航次优化等装备作战运用有一定的启发和促进作用。