近年来，随着全球气候变暖，极地海冰明显减少，然而关于极地海冰的变化与气候变化之间的关系研究仍需要大量可靠的现场实测数据。在传统的极地海冰探测中，由于缺乏无人值守的自动化监测设备，极地科考工作人员需要在极端恶劣的极地环境中进行长时间的工作来获取现场数据，针对这一问题，本课题在科技部重点研发计划“极地环境观测/探测技术与装备研发（2016YFC1400300）”子课题“北极无人冰站”项目的资助下，设计并研发了一款小型极地冰下探测机器人，机器人可搭载图像视觉传感器、声纳传感器、温度链传感器等开展对极地海冰冰面或冰下的环境实时检测。
　　小型极地冰下探测机器人可以在水中、水面游动或在冰上下面爬行，并完成探测任务。为了实现小型极地冰下探测机器人所有功能，课题主要针对以下几个方面展开了研究和技术开发:
　　（1）冰下探测机器人整体设计
　　整个机器人包含自主巡航模块、遥控模块、温度场监测模块、图像监测模块、电源模块等。由于需要在极地恶劣的环境下工作，所以整套系统的器件选型和设计需要满足耐低温、低功耗、稳定可靠的特点。冰下探测机器人需要把所有模块集成到一起并且需要在水下工作，进一步解决了主控板接口扩展、防水以及浮力舱设计等问题。
　　（2）温度场监测模块的研制
　　为了提高极地低温环境下温度测量的精度，研制了一款新型的高精度多点低功耗铂电阻温度传感器。多点温度传感器的核心是各个测温点，测温点主要由超低功耗单片机MSP430、24位高精度ADC芯片ADS1232、MAX1483和铂电阻构成，故而每个温度点可以编有自己的程序进行单独的校准，以及具有自己的地址可以实现多个温度点共用一条RS485总线。使用最小二乘法对各温度点进行温度曲线标定后温度大于0℃时拟合最大误差为0.00134℃。室内低温实验和现场试验表明，该温度链在多点同时测温时具有较高的可靠性，适用于在极地环境下对冰水气的温度场检测。
　　（3）极地海冰图像监测模块研制
　　基于IRIDIUM9523的超低功耗极地图像监控子系统实现了极地图像的拍摄与传输，其组成有：供电部分、获取图像部分、温度控制部分、数据传输部分。图像采集选用了串口摄像头进行拍摄，温度控制部分可以保证在低温状况下摄像头仍能采集图像，IRIDIUM9523模块实现了大容量极地数据的快速传输。低温实验与极地应用结果表明，系统可以在-40℃环境下工作。极地图像监控子系统已经多次在极地科考中进行了安装应用（第8、9次北极科考，第36次南极科考），在极地低温恶劣环境中运行稳定可靠，成功的对极地设备进行了图像监控。
　　（4）极地冰下探测机器人的自主巡航和遥控控制
　　自主巡航模式使用了优化的PID算法，由于仅仅通过调节运行方向偏移目标点角度PID算法不能很好的实现轨迹控制，进而增加了偏移轨迹PID调节算法，在设计的双重PID算法下，直线段控制精度偏差不超过0.8m。通过海湾实验发现小型极地冰下探测机器人的自主巡航和遥控模式均可稳定可靠的在海水中运行。
　　课题还针对控制器接口不足问题，开发了RS485-RS232串口扩展模块，实现了在一个RS485接口上可以扩展上百个RS232传感器、或者数字量模拟量传感器的功能，极大的提高了单片机或者工控机的外接设备扩展能力。水声通讯解决了常规无线电磁波通讯在水下通讯距离极短的问题。