近年来,随着全球气候变暖造成北极海冰快速融化,北极航道尤其是东北航道的开通及商业应用已经成为现实。在此背景下,北极海冰的快速变化、北冰洋的水动力环境和声学特征等,是目前国际上最为关注的前沿热点领域,同时北冰洋的声学特征研究在冰下通讯、导航定位以及海洋环境参数反演等方面起着重要作用。值得注意的是,我国历年的北极科学考察均集中于夏季,以海洋综合断面、海冰冰站观测为主,辅以抛弃式的漂移浮标或海冰多参数浮标等,但在北冰洋冰下浅表层声学特征的研究方面,处于起步阶段,缺乏有效的观测设备,欠缺长期的观测数据。针对上述问题,本文在国家重点研发计划“极区重点海域冰下浅表层声学特性观测与分析”（项目编号:2018YFC1405900）项目的资助下,集成研发极区冰下浅表层声学特征观测浮标系统,该浮标系统集成了温湿度传感器、大气压力传感器、海冰温度链、温盐仪和矢量水听器,能够长期连续的获取北极气象环境、冰下浅表层水文环境和声学特征数据,并将包括声学特征在内的北极现场观测数据实时准确的传输至国内监测平台,实现极区环境的无人值守自动观测。本文的主要研究内容如下:首先,结合国内外极区浮标和极地水声学的研究动态,了解到我国在极区冰下浅表层声学特征观测方面的不足,明确极区冰下浅表层声学特征观测浮标系统的功能;根据课题长期的观测需求,设计研发系统总体的电气结构和机械结构;结合科学研究和系统使用寿命的要求,制定系统数据采集方案,并以此计算系统功耗,进而选择系统供电电池的总容量;通过分析极区现场的工作环境,对系统数据采集模块传感器进行选型。其次,研发系统主控制器,通过对实时时钟电路、供电模块电路、通信模块电路等电路的设计,完善优化主控制器的功能;为了确保数据传输的准确性和稳定性,采用Sailor 4300和Iridium 9523两种数据传输方式,Sailor 4300传输大数据量的矢量水听器原始数据,Iridium 9523传输矢量水听器特征值数据及其它传感器的观测数据,两种传输方式互不影响,从而保证了极区数据传输的可靠性;设计系统软件程序,开发国内监测平台软件,实现极区观测数据在国内PC端和手机APP上的存储和实时显示。最后,测试各个模块和整套系统的功能,在经过系统功能测试和野外湖上试验后,系统通过我国第12次北极考察布放在北冰洋欧亚海盆高纬度地区。通过对本系统在北冰洋高纬度地区105天观测数据的分析,发现系统观测数据与北冰洋海冰融冻季节转换特征相一致,这充分表明该系统在极区低温恶劣环境下运行可靠稳定,能够实现对包括冰下浅表层声学特征数据在内的极区各项环境观测参数的准实时传输。