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对于大多数人而言，海洋这个词语并不陌生。在我们生活的这个地球上，海洋的面积为3.62亿m2，占地球表面积的70.9%。我们平时看到的海洋是蓝色的，实际上，海水能吸收光线，与陆地空间相比，光线很难到达深海，海底其实并不是蓝色的，而总是漆黑一片，这让深海世界显得更加神秘。
目前，人口膨胀、资源短缺、环境恶化，对全世界而言，都是巨大的考验与挑战，而浩瀚的海洋里蕴藏的丰富生物资源、矿产资源以及水体资源，是应对这些考验与挑战以及发展经济的重要出路。此外，海洋作为重要的国家领土，也是重要的国防屏障，如何开发、控制和管理海洋领土，受到了世界各国的高度重视[1]。由于深海具有可视性差、水压力大以及地形复杂等特点，导致人类对深海的认识严重不足。发展深海探测技术，将光照入漆黑的海底，是探索海洋资源道路上不可或缺的一步。
探秘深海的神奇技术
目前，深海探测技术主要有3类：深海运载器探测类技术，深海传感探测技术，以及深海取样探测技术[2]。
深海运载器是携带各种电子设备、机械装置或者相关专业人员，快速准确地到达各种深海环境，进行精准探测和科学研究的装备平台。而深海运载器探测技术则主要是针对这个装备平台所研发的相关技术。深海运载器大致分为两种，载人和无人。简单来讲，就是将运载器投入海中，到达海底目的地后，运载器对周围的环境进行探测，而实行探测的可能是机械或者电子设备，也可能是人，比如载人潜水器。
深海传感探测技术是指应用声学、光学、电磁学和热学相关的理论知识来获取深海的数据，实现导航定位和目标探测。
深海取样探测技术主要是针对如何科学准确地采集到深海中的生物、海水以及岩芯样品所研发的一系列相关取样技术。而收集到的样品则会被送回专业实验室进行研究分析，从而进一步解开深海下隐藏的奥秘。
四大技术助力解决探测难题
深海具有可视性差，水压力大、地形复杂等特点，在利用机器对深海进行探测时，会遇到哪些问题呢？
机器探测的过程可分为三步：将探测仪器放入水中，然后引导探测仪器到达目的地，再利用探测仪器对目的地周围环境进行探测获取数据。这个过程也许听起来很简单，但仔细想想，要完成这一过程并得到准确的数据并不容易。
首先，深海中水压大，越深，压力越大，并且，海水具有一定的腐蚀性，探测设备所使用的材料需要具备耐压和耐腐蚀的能力，例如，以陶瓷为基础的复合材料具有超强的耐压力和天然的耐腐蚀力。为了解决探测设备的材料问题，深海装备材料技术应运而生。
其次，深海的可视性差，如何精确地定位目的地，并将探测设备送达目的地也是一个挑战。此外，运送过程就好像在陆地上行驶汽车，汽车的驱动是需要能源的，探测设备若想在水下进行有目的性的移动也是需要能源的，水下移动存在燃料补充、废气排放和压力承受等困难，相比于汽车在陆地上行驶所用的汽油、柴油等能源，深海探测对动力能源有更高的要求，即既要突破耐高压、耐低温和耐腐蚀等难点，又要保证稳定性、安全性和可控性，实现高容量和低成本等目标。要解决以上这些问题，需要深海导航定位技术以及深海动力能源技术来提供帮助。
最后，等设备到达目的地，对目的地周围环境进行综合探测，这就涉及到如何快速稳定地传输数据，光学通信具有传输速率高、无线、方向性好和隐蔽性强等优势，所以，光学通信可作为水下通信的发展方向，与之相关的技术称为深海光学通信技术。
利用声学遥测“照亮”海洋
声音是日常生活中常见的东西，充斥着我们生活的方方面面，利用声音的特性——声波，也能对漆黑而又神秘的深海进行探测。
声波是声音的传播形式，人耳可以听到的声波的频率一般在20Hz～20kHz，而一些动物可以听到的声波频率可以很高或很低。蝙蝠视觉很差，但可以发出和接收超声波，以此定位，使其能够在夜间昏暗环境自由飞翔和捕捉食物;狗、大象、鲸、水母等动物能够听到次声波。次声波可用于对自然灾害的预测，而超声波则在医学检测、医学治疗、测量等方面具有应用价值。声波在水下也可以远距离传播，相比于电磁波和光波主要侧重于海水表面和近表面的探测，声波可以用于深海水下遥测，就像蝙蝠利用超声波在黑夜中飞行捕食，利用声波，我们也可以“照亮”漆黑的深海。
浙江大学信息与电子工程学院讲师、硕士生导师张婷，利用声波，研发了海底地貌低频远距离声成像系统，利用波与环境、目标相互作用的物理机理以及复杂环境信息处理方法，实现了大范围、长时性的海洋环境观测和目标探测。其成像范围可达30km×30km，成像分辨力达100m，可实时获取水下场景图像，并对水下场景进行分类和识别。
这套系统的特点在于将主动声源与被动声源（也称机会声源，环境噪声）相结合，即在主动探测的基础上，利用海洋中广泛存在的环境噪声，如舰船噪声、生物噪声、工程噪声和地震噪声等，来获取信息。一般来说，环境噪声是非常让人讨厌的，影响心情不说，还可能成为干扰项，干扰水下探测，影响测量结果的准确度，但是，把它们有效利用起来，却可以达到意想不到的效果。
这些环境噪声在水下传播的过程中携带了大量环境信息，利用它们进行水下遥测，与主动平台相比，可以节省能源和开销，大幅度降低系统复杂度，有效提高环境遥测功能。噪声也能“变废为宝”，发挥这么大的作用，这是怎么做到的呢？通过深入分析环境噪声的水下传播特性，布放分布式节点，从随机的噪声物体数据中提取有针对性的环境信息，就可以实现长时期的海洋环境监测，灾害性天气预警监测，海底底质、沉积层特性分析，以及水面和水下目标的勘测、定位、跟踪等。
这套信息与物理相结合的海洋探测系统可以广泛应用于水声学和海洋学等多个领域，在资源有限的条件下，可为广袤海洋的透明化，提供具体实现的框架和方法。
参考文献
[1] 朱心科， 金翔龙， 陶春辉， 初鳳友， 赵建如， 李一平. 海洋探测技术与装备发展探讨[J].机器人， 2013，35（03）：376-384.
[2] 丁忠军，任玉刚，张奕，杨磊，李德威.深海探测技术研发和展望[J].海洋开发与管理，2019，36（04）：71-77.
目前，人口膨胀、资源短缺、环境恶化，对全世界而言，都是巨大的考验与挑战，而浩瀚的海洋里蕴藏的丰富生物资源、矿产资源以及水体资源，是应对这些考验与挑战以及发展经济的重要出路。此外，海洋作为重要的国家领土，也是重要的国防屏障，如何开发、控制和管理海洋领土，受到了世界各国的高度重视[1]。由于深海具有可视性差、水压力大以及地形复杂等特点，导致人类对深海的认识严重不足。发展深海探测技术，将光照入漆黑的海底，是探索海洋资源道路上不可或缺的一步。
探秘深海的神奇技术
目前，深海探测技术主要有3类：深海运载器探测类技术，深海传感探测技术，以及深海取样探测技术[2]。
深海运载器是携带各种电子设备、机械装置或者相关专业人员，快速准确地到达各种深海环境，进行精准探测和科学研究的装备平台。而深海运载器探测技术则主要是针对这个装备平台所研发的相关技术。深海运载器大致分为两种，载人和无人。简单来讲，就是将运载器投入海中，到达海底目的地后，运载器对周围的环境进行探测，而实行探测的可能是机械或者电子设备，也可能是人，比如载人潜水器。
深海传感探测技术是指应用声学、光学、电磁学和热学相关的理论知识来获取深海的数据，实现导航定位和目标探测。
深海取样探测技术主要是针对如何科学准确地采集到深海中的生物、海水以及岩芯样品所研发的一系列相关取样技术。而收集到的样品则会被送回专业实验室进行研究分析，从而进一步解开深海下隐藏的奥秘。
四大技术助力解决探测难题
深海具有可视性差，水压力大、地形复杂等特点，在利用机器对深海进行探测时，会遇到哪些问题呢？
机器探测的过程可分为三步：将探测仪器放入水中，然后引导探测仪器到达目的地，再利用探测仪器对目的地周围环境进行探测获取数据。这个过程也许听起来很简单，但仔细想想，要完成这一过程并得到准确的数据并不容易。
首先，深海中水压大，越深，压力越大，并且，海水具有一定的腐蚀性，探测设备所使用的材料需要具备耐压和耐腐蚀的能力，例如，以陶瓷为基础的复合材料具有超强的耐压力和天然的耐腐蚀力。为了解决探测设备的材料问题，深海装备材料技术应运而生。
其次，深海的可视性差，如何精确地定位目的地，并将探测设备送达目的地也是一个挑战。此外，运送过程就好像在陆地上行驶汽车，汽车的驱动是需要能源的，探测设备若想在水下进行有目的性的移动也是需要能源的，水下移动存在燃料补充、废气排放和压力承受等困难，相比于汽车在陆地上行驶所用的汽油、柴油等能源，深海探测对动力能源有更高的要求，即既要突破耐高压、耐低温和耐腐蚀等难点，又要保证稳定性、安全性和可控性，实现高容量和低成本等目标。要解决以上这些问题，需要深海导航定位技术以及深海动力能源技术来提供帮助。
最后，等设备到达目的地，对目的地周围环境进行综合探测，这就涉及到如何快速稳定地传输数据，光学通信具有传输速率高、无线、方向性好和隐蔽性强等优势，所以，光学通信可作为水下通信的发展方向，与之相关的技术称为深海光学通信技术。
利用声学遥测“照亮”海洋
声音是日常生活中常见的东西，充斥着我们生活的方方面面，利用声音的特性——声波，也能对漆黑而又神秘的深海进行探测。
声波是声音的传播形式，人耳可以听到的声波的频率一般在20Hz～20kHz，而一些动物可以听到的声波频率可以很高或很低。蝙蝠视觉很差，但可以发出和接收超声波，以此定位，使其能够在夜间昏暗环境自由飞翔和捕捉食物;狗、大象、鲸、水母等动物能够听到次声波。次声波可用于对自然灾害的预测，而超声波则在医学检测、医学治疗、测量等方面具有应用价值。声波在水下也可以远距离传播，相比于电磁波和光波主要侧重于海水表面和近表面的探测，声波可以用于深海水下遥测，就像蝙蝠利用超声波在黑夜中飞行捕食，利用声波，我们也可以“照亮”漆黑的深海。
浙江大学信息与电子工程学院讲师、硕士生导师张婷，利用声波，研发了海底地貌低频远距离声成像系统，利用波与环境、目标相互作用的物理机理以及复杂环境信息处理方法，实现了大范围、长时性的海洋环境观测和目标探测。其成像范围可达30km×30km，成像分辨力达100m，可实时获取水下场景图像，并对水下场景进行分类和识别。
这套系统的特点在于将主动声源与被动声源（也称机会声源，环境噪声）相结合，即在主动探测的基础上，利用海洋中广泛存在的环境噪声，如舰船噪声、生物噪声、工程噪声和地震噪声等，来获取信息。一般来说，环境噪声是非常让人讨厌的，影响心情不说，还可能成为干扰项，干扰水下探测，影响测量结果的准确度，但是，把它们有效利用起来，却可以达到意想不到的效果。
这些环境噪声在水下传播的过程中携带了大量环境信息，利用它们进行水下遥测，与主动平台相比，可以节省能源和开销，大幅度降低系统复杂度，有效提高环境遥测功能。噪声也能“变废为宝”，发挥这么大的作用，这是怎么做到的呢？通过深入分析环境噪声的水下传播特性，布放分布式节点，从随机的噪声物体数据中提取有针对性的环境信息，就可以实现长时期的海洋环境监测，灾害性天气预警监测，海底底质、沉积层特性分析，以及水面和水下目标的勘测、定位、跟踪等。
这套信息与物理相结合的海洋探测系统可以广泛应用于水声学和海洋学等多个领域，在资源有限的条件下，可为广袤海洋的透明化，提供具体实现的框架和方法。
参考文献
[1] 朱心科， 金翔龙， 陶春辉， 初鳳友， 赵建如， 李一平. 海洋探测技术与装备发展探讨[J].机器人， 2013，35（03）：376-384.
[2] 丁忠军，任玉刚，张奕，杨磊，李德威.深海探测技术研发和展望[J].海洋开发与管理，2019，36（04）：71-77.