海洋工程中的水下探测技术
海底探测技术调研报告
海底探测技术调研报告课程名称海洋地质概论课程学期12-13第1学期课程教师广雪徐继尚马妍妍学生专业2010级信息与计算科学学生文波学生学号 12012年12月02日海底探测技术调研报告文波1摘要：人类用科学方法进行海洋科学考察已有100余年的历史，而大规模、系统地对世界海洋进行考察则仅有30年左右。
海底探测技术汇集了各科领域的最高技术成果，它包括了调查平台、海上定位、海底地形探测、地球物理探测、海底取样、海底观测、遥感技术等几大类。
一艘先进的海洋地质考察船实际上是一个综合海底探测系统。
本文主要总结现代海底探测技术以及其分类，国外海底探测技术的对比，并进行总结分析。
关键字：调查平台科学考察船海上定位海底地形探测地球物理探测海底取样海底观测遥感技术0引言探索海底对人类而言是如此神秘而又诱人，只有发展了海底探测技术，这种渴望才能变成现实。
人类对海底认识的每一次飞跃，都必然得到新技术和新方法的支持。
回声探测技术的应用导致对海底认识的第一次飞跃；用于反潜作战的磁力仪改装成的海洋磁力仪之后，发展了海洋磁测技术，终于识别出洋中脊两侧互为镜像的线性地磁异常带，为海地扩找到了证据，吹响了地质学革命的号角；集现代石油钻探之大成及海洋定位与船舶稳定性于一体的深海钻探技术，全面证实了板块学说，保证了地学革命的成功；采用深海钻探技术和长柱状岩芯新技术，揭示了海洋沉积物中包含的丰富古海洋环境信息，导致了新兴的交叉学科----古海洋学的形成，成为世纪之交地球科学中最有活力的领域，是“全球变化研究”的重要组成部分。
目前，海洋地质调查和技术手段主要有：利用人造卫星导航和全球定位系统（GPS），以及无线电导航系统来确定调查船或观测点在海上的位置；利用回声测深仪，多波束回声测深仪及旁测声纳测量水深和探测海底地形地貌；用拖网、抓斗、箱式采样器、自返式抓斗、柱状采样器和钻探等手段采取海底沉积物、岩石和锰结核等样品；用浅地层剖面仪测海底未固结浅地层的分布、厚度和结构特征。
测绘技术在海洋工程中的应用技巧总结
测绘技术在海洋工程中的应用技巧总结近年来，随着海洋工程的发展和深化，测绘技术在其中扮演着极为重要的角色。
海洋工程项目往往需要在复杂的海底环境中进行测量和勘探，以确保项目的顺利进行和安全施工。
本文将探讨测绘技术在海洋工程中的应用技巧。
首先，在进行海洋工程前，必须对海底地形和地质条件进行详细了解。
测绘技术可以通过声纳、激光雷达和地震勘探等手段，实现对海底地形的测量和成像。
以声纳技术为例，通过发送声波信号并接收反射信号，可以绘制出海底的三维地形图。
这些测绘数据对于进行海洋工程规划和选址至关重要，可以帮助工程师了解海底地形的起伏、水深以及可能存在的地质隐患，从而制定相应的工程方案。
其次，测绘技术在海洋工程施工中的运用也十分广泛。
在海底设施的安装过程中，精确定位和定位是至关重要的。
利用全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）等测绘工具，工程师可以精确计算并掌握施工设施的位置和方向。
这对于海底管道的布置和安装、海底电缆的敷设以及其他各类海上设施的建设都起到了关键作用。
此外，测绘技术在海洋工程的监测和维护中也具有重要的地位。
海洋工程的长期运行可能会面临各种风险和挑战，如自然环境的影响，以及设施的老化和损坏。
在这种情况下，工程师需要进行定期的监测和维护，以确保设施的安全可靠。
测绘技术可以通过遥感和激光测距等手段，实现对海洋工程设施的全面监测。
例如，利用激光测距仪可以实时测量设施的形变和位移，及时发现潜在的问题。
这样的技术手段为海洋工程的智能监测和预测提供了有效的手段。
然而，要实现测绘技术在海洋工程中的应用，还需要克服一些技术挑战。
首先是海洋环境的复杂性。
海面波浪的干扰、海水的散射和吸收等因素都会对测绘数据的精度和可靠性造成影响。
其次是海洋工程本身的复杂性。
海底条件的多变性和海底设施的特殊性要求测绘技术在应用过程中具备高度的可靠性和适应性。
为了应对这些挑战，科研人员和工程师们积极探索和改进测绘技术。
例如，在测绘设备方面，他们不断探索新的传感器和探测技术，以提高测绘数据的精度和可靠性。
国内外海底探测技术调研报告
海底探测技术调研报告课程名称：海洋地质概论课程教师：李广雪、马妍妍、乔璐璐、徐继尚学生专业：学生姓名：学生学号：海底探测技术调研报告摘要：人类用科学方法进行海洋科学考察已有100余年的历史，对于海底的探测也是具有非常重要的意义，海底探测技术汇集了各科领域的最高技术成果，它包括了调查平台、海上定位、海底地形探测、地球物理探测、海底取样、海底观测、等几大类。
本文主要总结现代海底探测技术以及其分类、用途以及国内外海底探测技术的对比，并进行总结分析。
一、海底探测技术分类及用途（一）海上导航定位技术导航定位技术是通过相关仪器，利用卫星，声学原理、无线电原理、确定位置导航。
目前，海上导航定位常用的方法有下面几种：1、无线电定位系统无线电定位系统是通过直接或间接测定无线电信号在已知位置的固定点与船之间传播过程中的变化，确定定位参数，进而用位置线确定待定点位置的测量技术。
2、海洋声学及海洋雷达浮标定位在远离陆基的小范围海域，可使用海底声学脉冲收发两用机进行交叉定位；也可以在浮标上放置雷达应答器。
3、卫星导航定位系统卫星导航定位系统主要包括⑴伽利略系统⑵GPS ⑶全球卫星导航系统⑷北斗2号卫星系统。
其中，中国的技术较为领先。
4、水下声学定位系统水下声学定位系统主要应用于大多海洋工程 ,如海洋油气开发、深海矿藏资源调查、海底光缆管线路由调查与维护等。
它主要包括：⑴长基线定位系统⑵短基线定位系统⑶超短基线定位系统⑷组合式定位系统（二）海洋地球物理测量海洋地球物理测量是对海洋底部地球物理场性质的测量，应用物理学的测量手段，可调查海洋的地质构造和矿产分布。
其测量方法主要包括：（1）浅地层剖面测量技术浅地层剖面测量技术是用低频声脉代替高频声脉，以图解的方式记录地质剖面，根据这些剖面可以判断沉积层在剖面上的分布及特征。
（图为德国SES-2000，世界上第一套便携式的参量阵浅地层剖面仪）（2）多频声学剖面测量技术多频海底回声探测仪，它最终会形成一幅假彩色合成剖面记录，可以通过彩色分割技术准确的划分出不同声学反射层，是一个应用前景非常广阔的浅地层剖面探测技术。
水下定位系统(USBL)
实现水下定位系统的无人值守运行，降低人力成本和维护难度。
面临的技术挑战与解决方案
信号衰减与多径效应
复杂海洋环境影响
针对水声信号在水下传播过程中的衰减和多 径效应问题，采用先进的信号处理技术进行 补偿和校正。
考虑复杂海洋环境（如温度、盐度、海流等） 对水下定位系统性能的影响，建立相应的环 境模型并进行优化。
海洋环境监测
通过USBL系统布放的水下传感器网络，实时监测海洋环境参数， 为海洋资源开发提供决策支持。
水下考古与文物保护应用
水下遗址定位
利用USBL系统对水下遗址进行精确定位，为后续的水下考古工作 提供准确的位置信息。
文物发掘与保护
结合水下机器人等设备，对水下文物进行发掘、清理和保护工作， 确保文物的完整性和安全性。
在不同信噪比条件下，测试系统的定位精度和稳 定性，以评估系统对信号质量的依赖程度。
05
USBL系统在水下工程应用案例
海洋资源勘探与开发支持
油气资源勘探
利用USBL系统对水下钻探设备进行精确定位，确保钻探作业的 准确性和安全性。
海底地形测绘
结合多波束测深仪等设备，实现海底地形的高精度测绘，为海洋 工程提供基础数据。
03
USBL系统组成及功能
发射换能器与接收换能器
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发射换能器
将电信号转换为声信号， 向水下目标发射定位信号。
接收换能器
接收来自水下目标的反射 信号，并将其转换为电信 号供后续处理。
换能器阵列
由多个发射和接收换能器 组成，实现信号的定向发 射和接收，提高定位精度。
信号处理与控制系统
信号预处理
02
USBL系统基本原理
水声探测技术的未来发展方向研究
水声探测技术的未来发展方向研究在人类探索海洋的进程中，水声探测技术一直扮演着至关重要的角色。
从早期简单的声纳系统到如今高度复杂的水下声学监测网络，水声探测技术不断发展和进步，为我们揭示了海洋深处的奥秘。
随着科技的飞速发展，水声探测技术正面临着新的机遇和挑战，其未来的发展方向也备受关注。
一、多传感器融合与协同探测在未来，水声探测技术将更加注重多传感器的融合与协同工作。
单一的水声传感器往往存在局限性，无法全面、准确地获取水下目标的信息。
例如，传统的声纳系统可能在分辨率、探测范围或目标识别能力方面存在不足。
通过将不同类型的传感器，如声学传感器、光学传感器、电磁传感器等进行融合，可以充分发挥各自的优势，实现更高效、更精确的探测。
多传感器融合并非简单地将不同传感器的数据叠加，而是需要进行复杂的信息处理和融合算法设计。
通过对来自多个传感器的数据进行实时分析和综合判断，可以有效降低噪声干扰，提高目标检测和定位的准确性。
同时，协同探测还可以实现对不同类型目标的全方位监测，包括潜艇、水雷、海洋生物等。
此外，多传感器融合与协同探测还可以应用于分布式水下监测网络。
多个传感器节点分布在广阔的海域，通过无线通信技术实现数据的共享和协同处理，从而构建起一个覆盖范围广、监测能力强的水下探测体系。
二、智能化与自主化随着人工智能技术的不断发展，水声探测技术也将朝着智能化和自主化的方向迈进。
智能化的水声探测系统能够自动对采集到的声学信号进行分析和处理，实现目标的自动识别、分类和跟踪。
通过机器学习算法对大量的水声数据进行训练，系统可以学习到不同目标的声学特征，从而提高目标识别的准确性和效率。
自主化则意味着水声探测系统能够在无需人工干预的情况下，根据预设的任务和环境条件自主进行探测和决策。
例如，自主水下航行器（AUV）可以携带水声探测设备，在广阔的海域自主执行探测任务，根据实时获取的信息调整探测策略和路径。
这种自主化的能力不仅可以提高探测效率，还可以降低人力成本和风险。
水下目标探测与跟踪关键技术研究
-44-科学技术创新2019.14水下目标探测与跟踪关键技术研究邢阳阳(中国人民解放军91439部队，辽宁大连116041)摘要：海洋对于人类来说是一个富饶而又神秘的宝库，在当今全球资源严重短缺的环境下，海洋以其丰富的矿产资源、食物资源和油气资源成为了人类实现可持续发展的重要探索目标之一，因此现阶段世界各国都加大了对水下世界的探测和研究，发展海洋工程技术已经成为既紧迫又长远的问题。
二十世纪末以来，水下作业技术得到了迅速的发展，尤其是对水下目标的探测技术引起了国际上很多国家的关注，美国、俄罗斯、英国加拿大以及中国都设立了专门的水下目标探测研究机构或者在国内高校设立了专门的课题实验室对该技术进行研究，为水下目标探测的发展做出了重要的贡献。
关键词：水下目标;探测;关键技术中图分类号:TP391.41文献标识码：A文章编号:2096-4390(2019)14-0044-021概述海洋科技是海洋开发过程中的第一生产力，也是挖掘海洋经济的重要手段，海洋高新技术是全球学者公认的新科技革命中最重要的领域之一，海洋科技的涵盖面极广，包含多种学科和多种技术，例如海洋学科包括海洋基础科学、海洋物理科学、海洋化学科学、海底地质学、海洋气候学和海洋生物学等;与海洋有关的技术包括海洋测量、海洋水声、海洋能源开发、海洋运输和海洋结构等等;我们知道海洋科技发展程度的高低，不仅仅体现了一个国家的科技、经济和社会的发展程度，还体现了国家的综合国力，本文进行水下目标探测和跟踪问题的研究正是在此背景下展开的。
水下目标的探测和跟踪由于同时具有商业和军事上的重要价值而被越来越多的专家学者以及生产技术人员重视，水下目标的探测和跟踪是未来发展海下微小无人探测器的重要基础和前提。
对于水下是否拧紧,确认无松动现象后方可投人使用。
3.5泵开始运转150h后，应更换箱润滑油，以后每次换油时应清洗油池;换油后要调整轴瓦，发现磨损应更换;在重新安装时应拧紧螺钉并防松。
浅析侧扫声呐技术在海洋测绘中的应用
浅析侧扫声呐技术在海洋测绘中的应用摘要：侧扫声呐是利用回声测深原理探测海底地貌和水下物体的设备，目前广泛应用于海洋地形调查以及探测海底礁石、沉船、管道、电缆以及各种水下目标等。
侧扫声呐具有高分辨率、高效率、低成本等优点，可以提供连续的二维海底图像，对于揭示海底地形地貌的细节和特征有重要作用。
本文旨在介绍侧扫声呐的检测原理、国内外现状、在海洋测绘中的应用以及发展趋势，为后续进行海洋侧扫声呐探测技术的研究打下基础。
关键词：侧扫声呐技术，海洋测绘，海底地形地貌探测1侧扫声呐检测原理侧扫声呐技术利用海底地物对入射声波反向散射的原理来探测海底信息，它能直观地提供海底地形地貌的声成像。
其工作原理主要包括以下几个过程：（1）声波的发射：侧扫声呐由拖鱼和船载仪器组成，拖鱼内装有发射换能器和接收换能器阵列，通过电缆与船载仪器相连。
发射换能器向左右两侧发射扇型波束，覆盖一定范围的水体和海底。
（2）声波的接收：接收换能器阵列按一定时间间隔接收水体和海底反射回来的声波信号，并将其转换为电信号传输到船载仪器。
（3）声波的处理：船载仪器对接收到的电信号进行放大、滤波、增益补偿、信噪比提高等处理，以提高信号的质量和可识别性。
（4）声波的显示：船载仪器将处理后的信号按照一定的灰度或颜色编码显示在屏幕上，形成侧扫声呐图像。
声呐图像上的每一行代表一次发射和接收的结果，每一列代表一定距离范围内的回波强度，从而反映海底地形地貌的变化。
2侧扫声呐在海洋测绘中的应用侧扫声呐由于成像分辨率高、对目标区域海底实现全覆盖扫侧，据此对海底地形地貌等进行定性分析，被广泛应用于目标探测，沉船及失事飞机等海底残骸的搜索，海底表层沉积物属性的确定以及海底地震、火山、地层的监测、水下实体结构查勘等。
下面具体介绍一下侧扫声呐在海洋测绘中的应用。
2.1海底地形地貌测量侧扫声呐可以提供连续的二维海底图像，对于揭示海底地形地貌的细节和特征有重要作用。
通过对声呐图像的解译和分析，可以识别出海底的不同类型和形态，如沙纹、基岩、岩石、锚沟等。
海洋技术 交流 海洋侧扫声呐探测技术的发展及应用
技术交流▏海洋侧扫声呐探测技术的发展及应用一、发展概述侧扫声呐利用水底后向散射回波来探测海底礁石、沉船、管道、电缆以及各种水下目标，是海洋探测的重要工具之一,应用极其广泛。
对于海洋水下救捞、海洋地质地貌测量、海洋大陆架专属经济区划分、海洋工程、海洋开发以及港口航道疏浚、河港、大坝维护探查乃至渔业研究等都是非常有效的探测工具。
侧扫声呐还可用于探查海底的沉船、水雷、导弹和潜艇活动等,因而更有其重要的军事意义。
1960年英国海洋科学研究所研制出第一台侧扫声呐并用于海底地质调查，60年代中期侧扫声呐技术得到改进，提高了分辨率和图像质量等探测性能，开始使用拖曳体装载换能器阵，拖曳体距海底的高度约数十米。
70年代研制出适应不同用途的侧扫声呐，轻便型系统总重量仅14公斤。
近年来，计算机处理技术的快速发展和应用有效地推进了侧扫声呐探测技术的发展，出现了一系列以数字化处理技术为基础设计的数字化侧扫声呐设备，进而使侧扫声呐技术步入了全新发展阶段，符合特定探测深度和精度的侧扫系统不断研发面世。
传统的单频模式逐渐被具备高、低两个频段的双频模式取代，以适应不同的应用环境，特别是对地质调查以及掩埋目标的探测。
信号形式也逐渐从简单的单频脉冲演变为chirp信号，以获得更好的分辨力。
此外，诸如多波束侧扫、多脉冲技术也不断地被应用于侧扫声呐系统中，以实现高速拖曳全覆盖的同时获得高分辨率的地貌图像信息。
美国Klein公司近年研发的Klein5000 V2系列以及EdgeTech公司研发的4200系列深海多波束侧扫声呐系统，代表了目前国外商业侧扫声呐发展的前沿。
其他诸如DeepVision、Konsberg、ATLAS以及Teledyne 等公司也都有自己的成熟商业侧扫声呐系列产品。
图1 Klein5000 V2（左）、Edgetech 4200MP侧扫声呐及其成图结果（右）二、工作原理以双侧、单频带侧扫声呐系统为例，其工作原理示意图如图2所示。
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海洋工程中的水下探测技术
水下探测技术是海洋工程中至关重要的一个组成部分。
随着科技的发展，这种探测技术不断地得到改善和升级。
本文将从多个方面来介绍水下探测技术的发展和相关的应用。
一、近年来水下探测技术的发展概况
随着现代科技的不断发展，海洋工程日渐成熟。
近年来，水下探测技术也得到了快速发展。
在水下探测技术的领域中，声学探测技术和电磁探测技术已经应用得比较广泛。
其中，声学探测技术可以用于探测大型海洋设施、岩石和底质，也可以用于解决潜水员在深海中的通信问题。
至于电磁探测技术，则可以用于探测深海油气资源、矿物资源和海底管道等。
目前，水下探测技术主要分为两类：有源和无源。
有源探测意味着向水下发送一定的信号，并从返回的信号中分析探测目标的信息。
而无源探测则是通过分析周围环境中的信号来判断目标的存在。
二、声学探测技术在水下探测中的应用
声学探测技术在水下探测技术中占据着重要的地位。
声学探测技术一般通过声纳来进行探测，可以把声波反射回来的回声测量好并加以分析。
声纳可以用于探测海底细节、制图、探测船舶和潜艇等。
此外，测量声速和声传播路径等声学参数也非常重要，可以用于预测海洋环境的变化。
三、电磁探测技术在水下探测中的应用
电磁探测技术主要是通过电磁波来进行信号的发送和接收。
由于电磁波的能量大，其穿透力非常强，因此可以用于探测深海油气资源、矿物资源和海底管道等。
在这种技术中，信号通常是从海底或地形高起点发出的，然后在返回时被接收。
这
种技术不仅可以用于探测固体物体，还可以用于探测海底照明，以帮助潜水员在深海中进行工作。
四、新型水下探测技术的应用探索
除了传统的声学探测和电磁探测技术外，还有许多新型的水下探测技术陆续问世。
比如说，光学探测技术现在已经可以通过水下光纤传输来进行水下通信；水下GPS技术可以通过浮标定位来准确测量潜水员和设备的位置等。
这些新技术的应用范围还在不断扩大，可以应用于海洋科学的研究、自然资源的勘探和有效的海洋保护等方面。
五、未来的发展趋势
未来，水下探测技术将会更加先进、更加智能化。
随着人工智能的发展，可以预见，未来的水下探测技术将会不再需要人类的直接干涉；同时，水下机器人将在水下采集海底数据，独立完成科学研究任务。
除此之外，传感器技术的不断进步，也将会让水下探测技术更加精准、可靠。
六、结语
总的来说，水下探测技术在海洋工程中扮演着重要的角色。
声学探测技术和电磁探测技术虽然已经应用得比较广泛，但是许多新型技术的应用还在逐渐扩大。
未来，随着技术的不断提升，水下探测技术也将会越来越高效、精确和智能化。