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我国水声换能器技术研究进展与发展机遇

迄今为止，声波被认为是唯一能够在海洋中远距离传播的信息载体，海洋研究、资源开发、海上军事斗争都离不开水声技术。水声技术的发展需要各类水声换能器提供支撑，而水声换能器的使命任务是在水下发射和接收声波，因此水声换能器有“水声设备耳目”之称。水声换能器的发展主要包括应用新材料、采用新工艺、设计新结构等实现换能器综合技术性能的改善和提升，来自水声技术领域的迫切需求是水声换能器发展的直接动力。笔者曾撰写综述性文章，从几个不同角度去分析总结水声换能器百年研究历史中的创新思想，梳理了国际上不同时期换能器方面的标志性创新工作。本文则聚焦国内近20年水声换能器方面的研究成果，主要包括低频换能器、高频宽带换能器、深水换能器以及矢量水听器等方面的研究新进展。在分析总结基础上，结合我国的海洋科技发展战略与形势，简要论述当前水声换能器技术所面临的挑战与发展机遇。

  • 2022-03-07
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水声定位导航技术的发展与展望

根据定位系统基线长度以及工作模式的差别，一般将其划分为长基线系统、短基线系统、超短基线系统及综合定位系统（表1）。①长基线定位系统由预先布设的参考声信标阵列和测距仪组成，通过距离交汇解算目标位置。长基线需要事先测阵，作业成本高，主要应用于局部区域高精度定位。②超短基线定位系统则是由多元声基阵与声信标组成，通过测量距离和方位定位。其优点为尺寸小、使用方便；缺点是定位误差与距离相关，仅适用于大范围作业区域跟踪。③短基线定位系统由装载在载体上的多个接收换能器和声信标组成，通过距离交汇获得目标位置。短基线作业简便，但其精度易受到载体形变等因素影响。④综合定位系统融合了超短基线及长基线定位，兼顾了超短基线作业的简便性和长基线的定位精度。

  • 2022-03-07
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深海声传播信道和目标被动定位研究现状

研究基于水声传播物理特征的信号处理技术是推动水声装备进一步创新发展的重要途径。只有将海洋环境复杂性考虑在内，新型声呐才有可能达到最优的技术性能。从这个角度来说，深海声呐技术取得跨越式发展的重要途径之一，在于对深海环境水声传播特性的深入挖掘。总而言之，水声物理模型、信号处理技术与海洋环境紧密结合是水声技术发展的必然趋势。

  • 2022-03-07
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水声目标探测技术研究现状与展望

水声目标探测技术是指通过接收水声目标辐射噪声或者散射回波，在一定范围内实现对水声目标的探测、跟踪、定位与识别的信号处理技术。水声目标探测技术是水声信号处理与声呐领域的重要研究方向，是环境感知、目标监测、资源勘探、情报收集等海洋应用领域的核心技术之一，一直是国内外研究学者重点关注的热点问题。

  • 2022-03-07
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机载LiDAR测深在海洋测绘中应用的可行性分析

机载激光测深简称“测深LiDAR”（Bathymetry Light Detection Airborne Ranger），是近二三十年发展起来的海洋测量技术之一，集激光测距、定位、定姿等技术于一体，可以快速、高效地获取沿岸水深及海岸线地形。相对船载测深仪测量系统而言，机载LiDAR测深系统具有测量精度高、测点密度高，工作效率高，且具有高机动性、测量连续性等特点，特别适合于浅水区、深海岛礁附近区域等复杂地形的快速探测，可以实现海岸线水上水下地形的无缝拼接。

  • 2022-03-07
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基于立体视觉的水下三维测量系统研究

作为海洋研究的一项基础技术，水下视觉测量技术已经得到众多研究者的关注。国外的研究者较早展开了水下测量方面的研究，国内起步稍晚，但也取得了丰硕的研究成果。如中国研制的“蛟龙号”深潜机器人、中国科学院沈阳自动化研究所的水下机器人、加拿大的 Sea-wolf3水下机器人和日本的“海沟号”水下机器人等，这些水下设备无一例外地搭载了视觉设备，并构建视觉测量系统。

  • 2022-03-07
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水下目标探测与跟踪关键技术研究

海洋科技是海洋开发过程中的第一生产力，也是挖掘海洋经济的重要手段，海洋高新技术是全球学者公认的新科技革命中最重要的领域之一，海洋科技的涵盖面极广，包含多种学科和多种技术，例如海洋学科包括海洋基础科学、海洋物理科学、海洋化学科学、海底地质学、海洋气候学和海洋生物学等；与海洋有关的技术包括海洋测量、海洋水声、海洋能源开发、海洋运输和海洋结构等等；我们知道海洋科技发展程度的高低，不仅仅体现了一个国家的科技、经济和社会的发展程度，还体现了国家的综合国力，本文进行水下目标探测和跟踪问题的研究正是在此背景下展开的。

  • 2022-03-07
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水声换能器发展中的技术创新

地球表面积的70.8％是海洋，辽阔的海洋是地球上最大的资源宝库，海洋也是国际军事斗争的重要阵地。海洋的研究、开发和利用离不开声波，声波是唯一能够在海洋中远距离传播的信息载体，海洋资源的勘探与开发、舰艇水下通信与导航、水下目标探测与识别、环境监测以及自然灾害预报等都依赖水声技术来实现。水声技术的发展需要各类水声换能器提供支撑，水声换能器的使命是在水下发射和接收声波，因此有“水声设备耳目”之称，可以说水声换能器的诞生标志着水声技术发展的开始，水声换能器一次次的技术进步是水声技术长足发展的重要前提和基础。

  • 2022-03-07
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