深海潜水器谱系化框架探索研究

深海潜水器是我国走向深远海的重要装备,国家在“十三五”规划纲要中提出了蛟龙探海工程,这是国家对海洋事业的整体布局和规划。通过几十年的技术取得跨越性发展,研制出了“蛟龙” “潜龙”系列、“海龙” “海马” “海斗” “海燕”等不同类型和深度的深海系列装备,并逐渐向谱系化发展。未来将根据海洋科学研究、海洋资源开发利用、海洋权益维护的需求,研发出更多符合实际要求的深海装备。文章借鉴其他高科技领域,开展潜水器谱系化探索研究,构建谱系化框架。     

HiPAP 100水下定位系统在海底摄像中的应用

分析了HiPAP100高精度声学定位系统及其水下定位原理,阐述了影响水声传播的因素及HiPAP100的解决办法,介绍了水下定位系统在我国海洋区域地质调查海底摄像测站作业中的应用,分析比较海底摄像常规定位与HiPAP100超短基线的定位精度,说明水下定位在海底摄像等水下拖曳和定点作业中的必要性和重要性。     

深海观测平台技术

介绍了深海观测平台的重要性,以及国内外在此项技术上的发展现状,并提出了一套深海观测平台技术的设计构想以及对于未来发展方向的建议和展望。     

Underwater Navigation Based on Real-Time Simultaneous Sound Speed Profile Correction

Precise sound speed profile (SSP) information is critical when using sonar for underwater terrain navigation. Nevertheless, acquiring SSP information in real-time is difficult, especially in underwater navigation environment. To account for this problem, this paper presents an underwater navigation method that applies real-time SSP correction to the terrain measurements. The method uses a probe to measure the surface sound speed simultaneously. Meanwhile, redundancy of topographic measurement data is exploited to derive the equivalent SSP information. The acquired equivalent SSP is updated continuously with particle filter algorithm. The terrain measurements can be corrected in real-time with the equivalent SSP to improve the performance of underwater terrain navigation. By removing the impact of inaccurate SSP from the terrain measurements, the proposed method can achieve precise and robust underwater navigation result without using an underway-profiling instrument. Simulated results confirm the good performance of the proposed method.     

水下智能潜器的神经网络运动控制

本文介绍一种基于神经网络的水下智能潜器的运动控制方法，该方法通过在线学习，融控制与滤波为一体。计算机仿真与水池实验验证表明，该方法的控制与滤波性能良好，对环境的学习与适应能力强。该方法事实上可用于一般动力系统的控制。     

万米级深海陶瓷耐压结构水下内爆流场数值模拟

耐压结构是深海潜器的重要组成部分,但在深海的高压环境中却存在内爆的风险。为研究陶瓷耐压结构水下内爆的流场特性,使用针对可压缩多相流问题开发的开源代码,采用直接数值模拟,应用自适应直角网格,对两种压力条件下的耐压结构水下内爆进行了数值模拟。通过低压模拟结果与理论解和试验值比较,验证了模拟方法的有效性,进而开展万米级深海陶瓷耐压结构水下内爆模拟。分析发现：陶瓷耐压结构发生内爆后,其内部气腔存在多次压缩—反弹现象,深海环境压力越大则反弹越不明显;气腔反弹阶段,在结构外部将产生数倍于深海环境压力的冲击波,且传播速度接近声速;冲击波压力峰值与到球心距离呈负指数幂函数关系;在相同深海环境压力下,耐压结构外部监测点的冲击波压力与球体半径呈正比例关系。     

基于无人船测量系统的水下地形测量研究与应用

随着测深技术、GNSS技术、高精密传感器集成化的发展,无人船测量系统为水下地形测量提供了新的思路。结合山东省高密市王吴水库,探讨了无人船水下地形测量的作业流程,通过对比分析,选择最优测线间距获取数据,通过差值分析进行精度评价,数据处理后对成果进行展示。研究区结果表明,无人船测量系统基于单波束测深在中型水库中的应用是十分理想的,测深数据质量较好,能够很好地反映库区的水下地形情况,无人船测量系统在水下地形测量中起着重要作用。     

平面冰层覆盖下水中声传播损失特性分析

理论计算了冰层的声波反射系数,分析了平面冰层覆盖下水中声传播损失特性。将冰层视作平面覆盖层,建立了"空气-冰层-水"结构的冰层反射物理模型,结合冰中的物理声学参数,得到冰层反射系数;利用Bellhop海洋声学传播模型得到冰层覆盖下声场的传播损失,对比分析了传播损失与声波频率、声源深度的关系;结合冰层反射系数计算结果,解释了冰下信道具有频率选择性的原因。结果表明,冰层覆盖下声场传播具有明显的频率选择性,这种频率选择性是由声波频率和冰层厚度共同决定的。     

水下滑翔器的运动建模与分析

介绍了水下滑翔器的工作机理，对其沉浮阶段的滑翔过程进行了动力学分析，推导了滑翔器在垂直剖面上的动力学方程。论文深入分析了水下滑翔器稳态时的运动规律，以水下滑翔器试验模型为例，推导了其稳态运动参数，通过线性化与适当的简化，得到模型在垂直剖面上的运动状态方程，讨论了系统的可控性与可观测性，为水下滑翔器系统的开发设计和控制提供了理论依据，具有重要的指导意义。     

南海北部最小含氧带水下滑翔机观测结果初步分析*

最小含氧带(Oxygen Minimum Zone, OMZ)是指海洋中层水体处存在的稳定的溶解氧(Dissolved Oxygen, DO)极小值层, OMZ的分布与变化对南海生态系统和生地化循环具有重要意义。本文利用2019年7—9月“海翼”号水下滑翔机(Sea-wing Glider)在南海北部陆坡区的组网观测数据, 对南海北部陆坡区OMZ的空间分布特征进行了分析。结果显示, 在垂向上, 研究区域内DO极小值层出现在深度约700~900m处, 其浓度约为80~100μmol·L^-1, 且700~900m深度范围内DO浓度变化不大, 形成了厚度约为200m的OMZ。在水平方向上, OMZ自陆坡西南部起向东北方向延伸, 厚度由西南至东北逐渐变薄, 整体呈楔形分布, 并在靠近吕宋海峡处逐渐消失。此外, 本研究还选取了两台水下滑翔机7—8月连续两周内的观测数据, 经计算显示, OMZ区域内的DO浓度在跨陆坡方向上的平均变化速率为0.023μmol·L^-1·d^-1(增加), 在沿陆坡方向上为-0.034μmol·L^-1·d^-1(减少)。沿吕宋海峡入侵南海的高氧水能够解释OMZ东北部DO浓度局部升高的现象, OMZ的分布特征和形成原因与海水的平流运动、水团分布和水体层化等物理过程, 以及生物呼吸、有机物分解和还原性物质的氧化等多种影响因素有关。