海洋探測的案例
海洋技術 ▏海洋工程磁場探測傳感技術研究進展
海洋工程磁場探測傳感技術同時在軍事與民用領域都有廣泛且重要的應用，高質量的海洋工程磁場數據信息可為地震監測與研究、海洋礦產資源勘探、沉船打撈搜救、海洋油線管道調查、水下未爆目標探測、水下潛器自主導航等方面提供重要的基礎資料，海洋工程磁場探測傳感技術既在海底光纜/油氣管線鋪設維修、海底未爆目標探測、海上平臺選址、海洋環境監測等民用方面具有重要意義，也在探潛、艦艇消磁、導航與制導等軍用方面發揮著越來越重要的作用。
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本文研究海洋工程磁場探測傳感技術的發展現狀，從磁場探測方法與磁場傳感技術兩個方面入手進行研究，分析發展規律與現狀，提出未來的發展趨勢。
二、海洋工程磁場探測方法
海洋工程磁場探測有多種形式，其中，從探測方法角度來劃分，海洋工程磁場探測分為單磁力儀探測與多磁力儀探測，其中單磁力儀探測包括磁場總場探測和磁場矢量場探測，多磁力儀探測包括縱向磁場梯度探測、橫向磁場梯度探測、垂向磁場梯度探測、磁場傳感陣列探測等。
⒈磁場總場/矢量場探測
⑴磁場總場探測
海洋工程磁場總場探測是利用標量磁力儀探測海洋磁場總場強度，受磁力儀姿態影響較小，常用的標量磁力儀有光泵磁力儀、質子磁力儀和OVERHAUSER磁力儀等。
展開 基于海洋環境噪聲水下探測研究進展
海洋中充斥著由風、雨、艦船、海洋生物以及工業等因素形成的海洋環境噪聲。處在海洋中的每個物體周圍都有噪聲，在用聲吶探測水下物體的過程中，無論是主動探測還是被動探測，都會受到海洋環境噪聲的干擾。但在海洋環境噪聲中也包含有各種有用信息——處于噪聲場中的物體的幾何結構大小、空間位置及物理材料，對這些信息進行分析可以獲取關于海水、海底的詳細情況。目前國內外關于海洋環境噪聲特性研究主要包括以下幾個方面：海洋環境噪聲獲取技術、建模、模型實驗校驗以及特性表征方法等。
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水下目標探測的被動探測方式，探測系統本身不發射信號，不易被察覺，具有更強的隱蔽性。基于海洋環境噪聲的水下目標探測越來越受到各國學者的重視。在介紹海洋環境噪聲的基礎上，概述了國內外基于海洋環境噪聲聲成像的發展現狀，論述了海洋環境噪聲成像技術發展中依然存在的問題及未來發展趨勢。
一、海洋環境噪聲
⒈分類
海水中的環境噪聲是許多特性不同的噪聲源輻射噪聲的總和。海洋環境噪聲按頻率范圍、聲源、產生方式可以進行以下分類，如表1所示。
展開 【仿真研究】海洋風場仿真及探測方法研究
介紹
針對探測對象和探測方法進行了理論分析、數據仿真和試驗研究。
首先，從環境特點出發進行了探測體制的分析和激光雷達波段的選取，確定了相干探測體制；然后，研究了對飛機造成較大影響的幾種危害風場的分類，建立了風場的物理模型，并進行了數學仿真；最后，對外差探測方式進行了細致的研究，從提高外差探測系統信噪比的角度探測對比試驗，得到試驗結果與理論分析相一致。
激光多普勒測速原理
空氣中包含有大量的氣溶膠粒子和大氣分子團，它們對空間傳播的激光起到吸收和散射的作用。當后向散射的信號光有足夠的散射能量被探測系統接收到時，根據多普勒原理，后向散射信號相對于發射信號的頻率變化正比于探測目標在光束方向上的運動速度。
因此，只要測量出后向散射信號的頻移就可以計算回波光束徑向上的風速。按照一定的方式掃描某個范圍的空域，利用得到的所有風速數據，經過風場反演可以計算出整個風場的風矢量分布，
海洋風場仿真分析
利用計算流體力學（CFD）原理建立低空風切變模型，從風場的結構出發，把風切變場看作是不考慮溫度變化、無粘、無旋、不可壓的理想位流場，通過迭代計算得到理想風場演進形成的動態過程。計算域的幾何模型如圖1，合理的劃分計算域內網格，離散后的計算模型如圖2.
展開 復合材料帆船無人機 | 海洋探測數據收集神器
在過去的40年中，這些測量是由NOOA維護的太平洋海底浮標網格提供的，稱為熱帶大氣海洋（TAO）陣列。
然而，近年來，由于捕撈拖網漁船造成的海洋生長和破壞，TAO陣列已經退化。 預計移動式saildrones將能夠提供更多范圍內的讀數，其精度高于老化浮標系統。
盡管大多數情況下無人機這個術語已經成為飛行機器的代名詞，但由Saildrone（美國加利福尼亞州阿拉米達）設計和制造的帆船無人機已經準備取代現在聚集的昂貴（和載人）研究船和固定浮標系統海洋數據。（來源：CompositesWorld）
今天升空的“海洋二號B”衛星，你了解多少？
而“海洋二號B”星微波輻射計在“海洋二號A”星微波輻射計的基礎上進行了優化設計，具有高可靠性、長壽命特點，在系統設計等方面采用的技術達到了國際先進水平。據了解，微波輻射計技術不僅應用于衛星，未來還將更多應用于日常生活領域，例如在在醫學領域中實現人體腫瘤檢測等等。
微波散射計：臺風監測的“千里眼”
“海洋二號B”星微波散射計是一種高度集成的雷達，能夠通過精確探測海洋表面微弱的散射信號，利用幾何模型函數推導出海面的風向和風量，從而迅速全面地搜集全球海洋表面的矢量風場。西安分院研制的微波散射計獲取的海面風場具有大尺度、全天時、全球觀測的特點，一天可以覆蓋全球90%以上的海域面積的海洋風場探測。正是這種強大的探測能力，使微波散射計在極端天氣，尤其是臺風天氣中顯得尤為重要。可以說，微波散射計是臺風監測的“千里眼”。
據介紹，2012年“海洋二號A”星微波散射計在探測和預報9號臺風“蘇拉”時起到了重要作用。在臺風“蘇拉”早在其還是熱帶低壓時就捕捉到了它在菲律賓以東洋面上的形態特征，并準確捕捉到了臺風中心的位置并跟蹤其位置變化。而“海洋二號B”星微波散射計充分借鑒和繼承了“海洋二號A”星的在軌應用經驗，在測量精度和在軌可靠性、穩定性方面有了大幅度提高。
來源：人民日報、華商網、中國新聞網、中國證券網、騰訊視頻等，機工機床世界整理
展開 案例 | 基于CFD仿真的潛航器不同航行狀態下阻力特性模擬與評估
1、簡述
水下航行器（UUV）作為一種海洋探測裝備，具備體積小、隱身性好、機動性強、成本低和可組網等優點。這些特點使得它們在海洋探索、科學研究、軍事偵察等領域發揮著重要作用，其在現代海洋探測和軍事領域中占據著越來越重要的地位。
水下航行器在航行時，會受到水流的阻力，其在航行過程中的阻力性能會影響其快速性, 水下航行器的快速性是評價其綜合航行性能的一項重要戰術技術指標。隨著各種反潛設備的發展，水下航行器的航行安全問題不容忽視，提高航行器的快速性已經成為各國重要的軍事研究課題，因而對其阻力的預報精度也有了更高的要求，suboff潛艇作為一種常見的水下航行器模型，曾在國際上被各大海洋強國進行充分的實驗與數值模擬研究，本文以suboff模型對水下航行器阻力計算展開介紹。
2、計算方法
2.1幾何模型
在本研究中，在數值模擬中主要考慮的模型為全附體 SUBOFF 模型（配置8）[1]。設計的 CAD 模型的尺寸如圖1所示。SUBOFF 模型是一個軸對稱船體，總長度為 4.356 m，等直段最大直徑 D 為 0.508 m。SUBOFF 型號在船體上方有一個艦橋，其前緣位于距船頭 0.924 米（1.820D）處，后緣距離 1.293 米（2.545D），因此艦橋的總長度為 0.368 米（0.724D）。船尾有四個相同的附件，呈“十”字形布置（垂直和水平控制平面）。
圖 1 具有完全附體suboff潛艇模型/側視圖（左）和正視圖（右）
2.2 數值方法
在本研究中，數值模擬的湍流雷諾數均在107以上，采用了RANS方程求解，其以笛卡爾張量形式書寫的連續性和動量方程分別如下：
其中，ρ 是體積分數平均密度；u 是流動速度，可以分解為均值 和波動分量u’；p 是壓力項；μ 是動力粘度。
展開 衛星、聲波、二進制……水下通信究竟有哪些可能？
通信或是未來海洋探測的先行軍
我們上面的許多水中通信技術的立足點都是基于潛艇的，由此可見，將來有一天海底通信能像陸地的無線通信這樣質量高、速度快、保密性強的話，潛艇將是第一個受益者。但這并不意味著水中通信技術僅限于潛艇的使用。
比如以下幾個應用從場景。
黑匣子尋找
黑匣子作為調查分析飛機失事原因的重要記錄，在設計的時候自然也融入了很多技術以方便搜索。比如匣體被設計為反光材料以便于在陸地尋找，定位信標則主要主要是通過發出超聲波來方便探測，而且只能在1600-3000米的范圍內被檢測到，其中還會受到海洋障礙物的諸多影響。
如果在電池用盡之后仍然找不到，可能事故的原因將隨著黑匣子一起永遠埋在海底了。
如果將通信技術移植到黑匣子的身上，在其進入海中的時候自動啟動發射信號的功能，將會大大方便外界探測和接收信號，從而迅速查明事故原因，盡快避免類似情況的發生。
水下機器人研發
目前，越來越多的海洋勘探、海洋考古任務開始使用水下機器人進行功作業。由于通信技術的限制，很多情況下只能在機器人出水之后對資料進行分析處理，局限性很大。水中通信技術的加載可以實現機器人對水底情況的實時反饋，從而對探測內容作出相應的調整。
可以預期的是，隨著海洋在各國規劃和發展中越來越占據重要的戰略地位，關于海洋探索的技術也將不斷更新和迭代。又因海洋資源集中在海底，海底通信技術也成為解決一切問題的前提。在這種需求與競爭之下，水中通信也許即將在不遠的未來產生令人期待的突破。
展開 傳感器的工作原理是什么？
傳感器的應用已覆蓋到極其廣泛的領域，如工業生產、宇宙開發、海洋探測、環境保護、資源調查、醫學診斷、生物工程甚至文物保護。在現代工業生產過程中，米思米生產的各型號傳感器的應用更加廣泛。特別是自動化生產過程中，傳感器對生產過程中的各種參數進行監控和控制，使設備處于正常或最佳狀態，使產品達到最佳質量。
我國首艘海底管道巡檢船交付
據悉7月4日，中船黃埔文沖船舶有限公司建造的我國首艘海底管道巡檢船“海洋石油791”順利交付。“海洋石油791”將填補國內海底管道和海底電纜巡檢領域的空白，大幅提升我國近海海底管道和海底電纜治理和維護保養能力，對確保我國海上油氣開采安全和保護海洋環境具有重大意義。
中海油能源發展裝備技術有限公司總經理溫哲華、中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司副總經理單學永、上海船舶研究設計院萬水生副院長、中國船級社廣州分社陳裕彬副總經理、中船黃埔文沖船舶有限公司總經理向輝明等領導代表相關單位出席儀式。
“海洋石油791”是一艘電力推進海底管線巡檢專用船舶，具備溢油監測、故障點查找和應急處理等功能，主要用于渤海及北部灣海域巡檢作業。該船總長65.2米，型寬14米，型深7.6米，最大航速13節，最大載重量約1200噸，續航力5800海里。
該船采用DP2動力定位系統及綜合導航定位系統，配備了2臺全回轉舵槳和2臺可調槳艏側推，并配備了大量先進的海洋探測、測量裝備，具有航速快、機動性強、抗風浪、專業性強等特點，能夠持久巡線并實現應急響應，正常情況下可全天候出航作業。
該船船底中前部設有升降鰭，可伸出船底以下2.5米，鰭板下安裝了淺地層剖面儀、多普勒聲學海流剖面儀、雙頻單波束、多波束、測深儀等專業聲學測量設備，可全面感知海底甚至管道內部信息。艉部左舷絞車可吊放磁力儀，艉部右舷絞車可吊放側掃聲納，兩者配合，可以對海底三維成像，獲取管道、電纜的詳細線路。船艉安裝A架及絞車，可配合不同拖體進行拖曳調查檢測；水下機器人搭載的水下攝像頭可以清晰探測海底地形、地貌。
與傳統調查船相比，“海洋石油791”成本低、反應快、精度高，并具備海洋調查、地質勘探等功能，可以近海科學考察、海洋災害調查評估等研究提供服務。
展開 推動信息化時代創新向前，智能傳感器成行業發展主角
如今，隨著信息化時代的不斷深入發展，傳感器已經成為了各國經濟發展的先導性、戰略性產業之一，從工業生產、宇宙開發、海洋探測、環境保護，到醫學診斷、生物工程、文物保護、資源調查，其在各領域的價值正在不斷凸顯。
作為信息化和工業化融合的開端，近年來，傳感器在工業制造業領域的發展和應用迎來了爆發，從2012年到2017年，市場規模由862億美元突破至2000億美元，類型和品種達到2.6萬余種，智能化、微型化、數字化發展趨勢日益顯現。
其中，以智能化為主要特點的傳感器，自2015年以來正逐漸成為市場發展的主流。
智能傳感器成市場主流
如果說美國曾認為21世紀的信息化時代，一定意義上是傳感器時代的話，那么在這個追求智能化的年代，無疑要在傳感器前面加上“智能”二字。相比于傳統的傳感器，智能傳感器帶有微處理機，能夠采集、處理和交換信息，具有高精度、低成本、自動化和智能化等優勢。
借此優勢，近年來全球和我國的智能傳感器市場普遍迎來了快速成長。
相關數據顯示，2015年全球傳感器市場規模為995億元，其中智能傳感器達到約698億元，市場占比超過70%，2016年全球智能傳感器市場再度擴大至1700億元左右，年均復合增長率達到兩位數以上，預計2019年市場規模將突破3000億元。
而在我國，2015年國內智能傳感器企業產值約為14億美元，預計2019年國將達到37億美元，復合年均增長率超過30%。
展開 電子陶瓷的應用前景及發展趨勢詳解
壓電陶瓷
壓電陶瓷作為敏感材料時，制作出來的壓電地震儀可以對人類不能感知的細微振動進行監測，從而有效預測地震，減少損失；利用壓電效應制作的壓電驅動器是微電子、精密機械和生物工程等領域的重要器件；壓電陶瓷用于超聲波發射器，可用于海洋探測、水中導航、超聲清洗、醫學成像以及固體探傷、超聲疾病治療等方面。此外，壓電陶瓷還在精密儀器、航天航空、辦公自動化、微型機械系統、精密定位等領域應用廣泛。
半導體陶瓷
半導體陶瓷品種繁多，比如熱敏、濕敏、氣敏、壓敏及光敏電阻器等。其中熱敏電阻元件被廣泛應用于工業電子設備及家用電器產品中；氣敏陶瓷則主要用于肉類的鮮度鑒定和酒類識別；而濕敏陶瓷傳感器主要應用于食品加工、空調、輕紡等方面；壓敏陶瓷主要在超導移能、高壓穩壓，無間隙避雷器等方面應用。除此之外，半導體陶瓷在航空航天、電子通信、儀器儀表、雷達等領域也有很重要的應用。
展開 
聲吶技術及其應用
人類進入20世紀七八十年代以后，隨著海洋開發事業的迅猛發展，聲納技術以驚人的速度向民用方面轉化，出現了各種用途的現代化聲納，如導航聲納、通信聲納、側掃聲納、遠程警戒聲納、水聲對抗聲納、拖曳陣聲納、魚雷自導聲納、水雷自導聲納等等，聲納技術已日趨成熟和完善。
四、水聲測深技術的應用
在軍事領域：水聲技術是各國海軍進行水下監視使用的主要技術，用于對水下目標進行探測、分類、定位和跟蹤;進行水下通信和導航，保障艦艇、反潛飛機和反潛直升機的戰術機動和水中武器的使用。隨著現代聲納技術的發展和進步，新一代聲納具有更先進的探測性能和更遠的探測距離，一些高科技聲納還具有相當高的分辨率，能夠識別蛙人和可疑水下航體。
展開 武培怡教授團隊《Adv. Mater.》：可水下通信的光學偽裝離子凝膠
許多海洋動物（如柳葉鰻、水母等）其組織和器官主要由透明凝膠組成。它們能夠將自身融入海洋環境中，以降低被捕食者發現的風險。由于海洋中存在巨量的資源及其特殊的軍事戰略地位，近幾十年來海洋勘探開發越來越受到人們的關注。為了滿足各類海洋探測和軍事的需要，開發一種能夠模擬海洋動物功能，即可以在各種水環境和海洋環境中無視覺障礙地工作，并能夠隱秘傳遞信息的智能人機界面變得越來越重要。近年來，雖然人們利用具有柔軟性、可拉伸性和生物相容性的凝膠或彈性體，開發出了各種能夠感知刺激和傳輸信息的智能人機界面，但是這些傳感器在水環境中難以滿足自粘附、自修復、光學透明性和穩定導電性的要求。如何開發一種能夠結合水下粘附性、水下自修復、可拉伸、光學透明和導電的材料是水下人機界面面臨的關鍵挑戰。
武培怡教授課題組近年來一直致力于柔性傳感器的開發與多功能應用，實現了仿生離子皮膚傳感器的自修復特性(Adv. Mater. 2017, 29, 1700321)，雙模式感知及廣譜可調的力學性質(Nat. Commun. 2018, 9, 1134)，光學和電學性質的同步響應(ACS Nano, 2018, 12, 12860)，集成溫度、濕度、應力和應變多重感知功能的離子皮膚(Mater. Horiz. 2019, 6, 538)，提出分子協同策略優化了本征可拉伸導體的力學性能以及實現對液體分子的感知功能(Nat. Commun. 2019, 10, 3429)，基于可食用面團和口香糖的離子皮膚傳感器(Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1908018., ACS Appl. Mater.
展開 海洋論壇▏海洋測繪前沿技術及應用研究
我國高度重視海洋污染，在海上交通日益發達的今天，人們更加關注海面上的熱污染和油污染，海洋衛星的熱紅外與X微波段是監測上述兩項污染的利器。
由于被油膜覆蓋，污染的海面、溫度和輻射亮度都比正常海面略高一些，應用微波雷達很容易監測、識別，故效果更好。淺海水深測定：運用海洋衛星合成孔徑雷達（SAR）測量海面波浪情況的實際應用效果比較好，由于重力波（包括波形、波長、波高等）狀況和水深的關系非常密切，因此，可以通過對重力波的分析獲得水下地形狀況，實施淺海制圖。洋流：利用海洋衛星圖像可以識別并大致確定洋流的邊界，還可以確定海洋渦旋和洋流運狀況。應用ＡＬＴ測定海面坡度，即可確定地轉流速。深入了解、科學認識洋流，提供真實、可靠的信息，對海上航行、尋找并確定漁場、海上作業與施工等大有裨益。海冰：通過微波資料呈現給人們的海冰、冰山亮度、溫度差異等信息，既可以識別出它的分布狀態，還可以據此分析、判斷出海冰的類型、結構、含水量等，甚至還可以分析、判斷出海冰、冰山的形成時間（冰齡）。海面風場：海洋衛星SeaSat雷達散射計（SASS）探測風場，風場探測意義重大，這項工作有助于人們對海與氣相互作用的研究，進而提高海浪預報的精確度，其原理是通過微波測風生成的浪以及粗糙海面進而推知海面風速（精度為±2m/s）、風向（精度可達±20°），從而獲得海面風場圖。
⒌海底聲學特性探測
海洋工程建設過程中大量應用海底底質探測成果，以全面了解海底底質狀況。對海底沉積物的屬性識別和結構探測，常用方法是海底聲學探測。其原理是利用聲學換能器產生的連續、高效聲波，并向海底發射，通過觀測記錄分析海底觀測對象對聲波的不同反應。利用海底聲反射和聲散射等手段研究海底聲學特性，對海洋漁業、海底通信、海洋地質、水下工程地質、海底石油礦產資源等領域有重要意義。
展開 這20個優秀海洋工程脫穎而出
“科學號”深遠海科考船
“科學號”深遠海科考船工程，引領了我國新一代科學考察船的建設，創建了國際一流的中國深海綜合探測技術體系，推動了我國深遠海科學研究的發展，使我國深遠海綜合探測能力實現了跨越式發展。交付后4年間，“科學號”深遠海科考船圍繞海氣、海陸、海底3個界面，瞄準海洋與氣候變化、近海環境安全、深海探測與新認知等國際海洋前沿問題，進行深遠海綜合系統研究。每年在航率達300天，總航程12萬余海里，“發現”號ROV成功下潛170次，水下最長連續工作3天；獲得深海極端環境高精度綜合環境信息和大量地質、生物樣品，制作了1萬平方米的海底高清全景圖，原位驗證了可燃冰的形成過程，實現熱液流體溫度梯度和物質組成原位探測，并成功開展深海大型生物的深海現場實驗，國際上首次在熱帶西太平洋開展大規模潛標觀測研究，實現了深遠海環境和資源新認知，提高了我國在深遠海探測與研究領域的國際地位。
17.“海洋石油286”深水工程船
“海洋石油286”深水工程船工程是我國深水重大科技攻關專項的綜合配套項目之一，為我國功能最先進的深水多功能水下作業船，也是全球頂尖的海洋工程船之一。“海洋石油286” 深水工程船的成功建造，補足了我國海上資源開發深水船隊必不可少的關鍵一環，大大增強了我國海洋工程裝備核心競爭力，對實現我國海上石油開采向深海轉移的戰略目標具有重大意義。
18.“海洋石油720”深水物探船
“海洋石油720”深水物探船是一艘主要用于全球Ⅰ類無限航區高端三維地震采集的12纜雙震源地球物理勘探船，屬于國家“十一五”海洋石油開發的核心、重大技術裝備，是國內乃至亞洲自主建造的第一艘12纜物探船。
“海洋石油720”深水物探船可用于全球無限航區范圍，具有世界先進水平。
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