海洋声学探测技术的国际与国内发展趋势

　　1概 述

　　1.1发展总体情况

　　海洋占据了地球 4/5 的表面积，是各种矿产、油气和生物资源的巨大宝库。党的“十八大”作出了“建设海洋强国”的重大部署，要求“提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国”,还提出要“高度关注海洋、太空和网络安全”,这表明海洋与国家权益息息相关，国家必须要通过大力发展海洋高新技术，发展具有自主知识产权的海洋高新技术装备，奋力追赶国外先进水平，以防受制于人。

　　在海水中，光波和无线电波衰减严重，传播距离十分有限，难以满足人类海洋活动，如水下目标探测、通信、导航和定位的需要。相比之下，声波在水中的传播性能要好得多，采用海洋声学技术研发的许多海洋声学装备成为人类观察海洋的“鼻子”、“眼睛”、“耳朵”和“嘴”,上述特点决定人类在海洋资源开发、环境监测、气象观测与预报、海洋测绘、海上维权活动、海洋科学研究和军事等方面的活动离不开海洋声学技术。

　　根据用途不同，海洋声学技术又可分为海洋声学探测技术、海洋声学通信技术和海洋声学定位与导航技术等。其中海洋声学探测技术主要用于对海洋物理参数与过程的探测和对海洋各种特定目标特性的探测，是人类认识海洋、开发海洋和利用海洋必不可少的海洋高技术。基于海洋声学探测技术研发出大批海洋声学探测装备，例如合成孔径声纳[1-2]、单波束测深仪、多波束测深系统[3-4]、测扫声纳、高分辨率测深侧扫声纳[5]、浅地层剖面仪、多道地震系统[6]、声多普勒流速剖面仪[7]、鱼探仪[8-9]、前视声纳等。

　　近年来，在“863”等国家计划的持续投入下，我国在海洋高技术相关领域快速发展，已实现对国外海洋声学探测技术的全面跟踪，取得一批成果。但综合来看，高端海洋声学探测设备的研究与产业化近年来一直是发达国家的重点发展领域，竞争非常激烈，而我国的海洋声学探测技术与国外先进技术相比还有很大差距。例如对于海洋民用声学探测装备而言，我国 90%以上的装备来自于国外，也没有海洋声学探测装备的知名品牌。

　　本文的目的是对我国海洋声学探测技术的竞争力进行分析，为下一步发展提供参考。

　　1.2技术结构

　　海洋声学探测技术包含了6大技术方向，分别为：（1）全海深测绘技术；（2）近海底微地形测绘技术；（3）声学测速测流及水质监测技术；（4）海洋生物资源环境声学探测与调查评估技术；（5）声学区域安防及维权技术；（6）海底资源声学勘探技术。上述方向又可细分为 18 个核心关键技术（表 1）。

　　全海深测绘技术侧重于以船舶为探测声纳载体，实现对全海深的测绘，一般探测距离较远，核心关键技术主要包括深水多波束测深技术和双站合成孔径声纳的深海探查技术。近海底微地形测绘技术侧重于近距离探测，通常分为浅海型和深海型，二者设备的耐压不同，核心关键技术主要包括相干测深声纳技术、深海合成孔径声纳探查技术、深水侧扫声纳技术、前视成像声纳技术和近海底多波束测深技术。声学测速测流及水质监测技术主要用于水体中流速和水质的监测，核心关键技术主要包括声学测流测速技术和悬浮泥沙浓度测量技术。海洋生物资源环境声学探测与调查评估技术主要用于渔业资源调查，核心关键技术包括渔探普查声纳技术和远程鱼探两用技术。声学区域安防及维权技术[10-11]主要用于对船只、快艇、水下机器人、各种蛙人等水面水下目标进行自动检测、跟踪、识别和报警，核心关键技术包括多基地声纳组网探测、水下入侵小目标被动探测、水下声栅栏探测和水下声学拒止。海底资源声学勘探技术主要用于深层地质构造探测，核心关键技术包括甚低频固态拖曳阵技术、前端数字化及传输技术和大功率拖曳气枪声源技术。

　　2 技术的国际发展趋势

　　2.1 发展趋势

　　在国外，海洋声学探测技术经过几十年的发展，与其相关的技术和设备已经形成了较完整的供需关系和产业链，进入了良性发展的状态。每个公司都具有自己的一类或几类主打产品。

　　综合多家公司产品，构成了较完整的产品系列，以满足多方面的需求。与海洋声学装备相关的各种配套产业，例如声纳阵制造、机械加工和电子技术等方面，发展均衡，基础坚实，这一切也为海洋声学探测装备的发展创造了良好的环境。

　　目前国际竞争格局呈现由美、欧（主要是英、法、德、挪威、瑞典、意大利、丹麦和荷兰）、加拿大和澳大利亚主导，日、韩和我国跟进的态势。传统上，水声探测设备公司主要包括一些大型军工制造企业，包括美国雷神（Raytheon）公司，欧洲的 Kongs-berg 和 ATLAS 公司等，由资深专家领导研发，有着很强的高技术研发能力。近年来，随着水声探测民用市场的逐步扩展，涌现了一大批先进水声技术公司，包括 RDI,LinkQuest,Edgetech,iXBlue,Reson 和Blueview等，推出了富有特色、满足用户多样化需求的产品，使得海洋声学探测技术研发国际竞争态势十分激烈，也从侧面说明自 20 世纪 90 年代开始的国际水声设备研发转型取得了全面成功。

　　下面举例说明几种核心关键技术的发展趋势。

　　双站合成孔径声纳本身是合成孔径声纳的一个研究趋势，在常规合成孔径声纳技术的支撑下，双站合成孔径声纳可向着大水深、大测绘带宽、高分辨率和智能化方向发展；合成孔径声纳向着大水深、大测绘带宽、高分辨率和智能化方向发展；深海侧扫声纳技术向着探测、识别一体化和基于逐像素点聚焦的全覆盖探测方向发展；多普勒测速技术及产品向高精度、多功能、多频化、高频化、高耐压、网络化、定制化等方向发展；目前前视声纳向着小型化、高分辨率、远距离及高速实时处理的方向发展。

　　总体而言，海洋声学探测技术与装备未来发展的基本趋势是：面向深海及复杂环境；小型化及多传感综合，适应 AUV 小平台应用需求，实现近海底观测和测绘功能；换能器频带扩展及多频带综合，提高水声探测的效率和精度；在成像及海底勘探中，前端数字化及高性能计算技术应用，实现了系统可靠性提高和实时计算成本下降；除了传统的技术方向之外，为了适应海洋工程的发展，派生于传统技术领域的新技术方向将不断涌现。