萝莉社区 水声时期▏刘晓东等：我国海洋声学探伤时期竞争力分析

一、概述萝莉社区

⒈发展总体情况

海洋占据了地球4/5的名义积，是各样矿产、油气和生物质源的高大宝库。党的“十八大”作出了“设立海洋强国”的首要部署，条目“晋升海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，强项看重国度海洋权柄，设立海洋强国”，还提议要“高度情态海洋、天外和网罗安全”，这标明海洋与国度权柄息息有关，国度必须要通过鼎力发展海洋高新时期，发展具有自主学问产权的海洋高新时期装备，勤快追逐海外先进水平，以防受制于东说念主。

在海水中，光波和无线电波衰减严重，传播距离十分有限，难以自在东说念主类海洋活动，如水下主见探伤、通讯、导航和定位的需要。比拟之下，声波在水中的传播性能要好得多，罗致海洋声学时期研发的好多海洋声学装备成为东说念主类不雅察海洋的“鼻子”、“眼睛”、“耳朵”和“嘴”，上述特色决定东说念主类在海洋资源开发、环境监测、时势不雅测与预告、海洋测绘、海上维权活动、海洋科学磋商和军事等方面的活动离不开海洋声学时期。

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把柄用途不同，海洋声学时期又可分为海洋声学探伤时期、海洋声学通讯时期和海洋声学定位与导航时期等。其中海洋声学探伤时期主要用于对海洋物理参数与进程的探伤和对海洋各样特定主见本性的探伤，是东说念主类遒劲海洋、开发海洋和专揽海洋必不能少的海洋高时期。基于海洋声学探伤时期研发出多量海洋声学探伤装备，例如合成孔径声纳、单波束测深仪、多波束测深系统、测扫声纳、高分辨率测深侧扫声纳、浅地层剖面仪、多说念地震系统、声多普勒流速剖面仪、鱼探仪、前视声纳等。

连年来，在“863”等国度辩论的不竭干涉下，我国在海洋高时期有关限度快速发展，已扫尾对海外海洋声学探伤时期的全面追踪，取得一批效果。但详尽来看，高端海洋声学探伤迷惑的磋商与产业化连年来一直是弘扬国度的要点发展限度，竞争颠倒强烈，而我国的海洋声学探伤时期与海外先进时期比拟还有很大差距。例如关于海洋民用声学探伤装备而言，我国90%以上的装备来自于海外，也莫得海洋声学探伤装备的知名品牌。

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本文的目的是对我国海洋声学探伤时期的竞争力进行分析，为下一步发展提供参考。

⒉时期结构

海洋声学探伤时期包含了6大时期主见，折柳为：⑴全海深测绘时期；⑵近海底微地形测绘时期；⑶声学测速测流及水质监测时期；⑷海洋生物质源环境声学探伤与打听评估时期；⑸声学区域安防及维权时期；⑹海底资源声学勘察时期。

上述主见又可细分为18个中枢关节时期(表1)。

表1   海洋声学探伤时期主见中枢关节时期

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全海深时期侧重于以船舶为探伤声纳载体，扫尾对全海深的测绘，一般探伤距离较远，中枢关节时期主要包括深水多波束测深时期和双站合成孔径声纳的深海探查时期。近海底微地形测绘时期侧重于近距离探伤，频繁分为浅海型和深海型，二者迷惑的耐压不同，中枢关节时期主要包括酌量测深声纳时期、深海合成孔径声纳探查时期、深水侧扫声纳时期、前视成像声纳时期和近海底多波束测深时期。声学测速测流及水质监测时期主要用于水体中流速和水质的监测，中枢关节时期主要包括声学测流测速时期和悬浮泥沙浓度测量时期。

海洋生物质源环境声学探伤与打听评估时期主要用于渔业资源打听，中枢关节时期包括渔探普查声纳时期和良友鱼探两用时期。声学区域安防及维权时期主要用于对船只、快艇、水下机器东说念主、各样蛙东说念主等水面水下主见进行自动检测、追踪、识别和报警，中枢关节时期包括多基地声纳组网探伤、水下入侵小主见被迫探伤、水下声栅栏探伤和水下声学拒止。海底资源声学勘察时期主要用于深层地质构造探伤，中枢关节时期包括甚低频固态拖曳阵时期、前端数字化及传输时期和大功率拖曳气枪声源时期。

二、时期的国际发展趋势

⒈发展趋势

在海外，海洋声学探伤时期经过几十年的发展，与其有关的时期和迷惑仍是形成了较圆善的供需关系和产业链，进入了良性发展的景色。每个公司都具有我方的一类或几类主打居品。

详尽多家公司居品，组成了较圆善的居品系列，以自在多方面的需求。与海洋声学装备有关的各样配套产业，例如声纳阵制造、机械加工和电子时期等方面，发展平衡，基础坚实，这一切也为海洋声学探伤装备的发展创造了邃密的环境。

目下国际竞争口头呈现由好意思、欧(主淌若英、法、德、挪威、瑞典、意大利、丹麦和荷兰)、加拿大和澳大利亚主导，日、韩和我国跟进的态势。传统上，水声探伤迷惑公司主要包括一些大型军工制造企业，包括好意思国雷神(Raytheon)公司，欧洲的Kongs-berg和ATLAS公司等，由资深大师带领研发，有着很强的高时期研发能力。

连年来，跟着水声探伤民用阛阓的冉冉彭胀，清晰了一多量先进水声时期公司，包括RDI，LinkQuest，Edgetech，iXBlue，Reson和Blueview等，推出了敷裕特色、自在用户各样化需求的居品，使得海洋声学探伤时期研发国际竞争态势十分强烈，也从侧面讲明自20世纪90年代开动的国际水声迷惑研发转型取得了全面到手。

底下例如讲明几种中枢关节时期的发展趋势。双站合成孔径声纳本人是合成孔径声纳的一个磋商趋势，在老例合成孔径声纳时期的支柱下，双站合成孔径声纳可向着巨流深、大测绘带宽、高分辨率和智能化主见发展；合成孔径声纳向着巨流深、大测绘带宽、高分辨率和智能化主见发展；深海侧扫声纳时期向着探伤、识别一体化和基于逐像素点聚焦的全苦衷探伤主见发展；多普勒测速时期及居品向高精度、多功能、多频化、高频化、高耐压、网罗化、定制化等主见发展；目下前视声纳向着袖珍化、高分辨率、远距离及高速及时处理的主见发展。

总体而言，海洋声学探伤时期与装备往日发展的基本趋势是：面向深海及复杂环境；袖珍化及多传感详尽，允洽AUV小平台应用需求，扫尾近海底不雅测和测绘功能；换能器频带彭胀及多频带详尽，晋升水声探伤的服从和精度；在成像及海底勘察中，前端数字化及高性能贪图时期应用，扫尾了系统可靠性晋升和及时贪图老本下落；除了传统的时期主见以外，为了允洽海洋工程的发展，派生于传统时期限度的新时期主见将不断清晰。

⒉海外上风科研机构

表2列出了海洋声学探伤时期海外主要磋商机构。

表2 声学探伤时期海外主要磋商机构

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三、时期的国内发展近况

⒈时期进展

长期以来，促进我国声学时期发展的源能源主要来自于军方，声纳迷惑装备于水面舰艇和潜艇上，经过多年发展，浅水声纳种类相对王人全，具有较圆善的产业链。连年来，为自在中国大洋协会主导的国际海域资源打听与开发的需求，我国用于深海声学探伤的装备取得一定发展。

底下例如讲明我国几种中枢关节时期的时期进展。在声多普勒测速时期方面，中国科学院声学磋商所自20世纪80年代起开动磋商，先后研制到手船用150kHz多功能声多普勒流速剖面仪(简称ADCP)工程样机和定型样机、下放式ADCP工程样机，开展了ADCP波澜反演磋商和河流海口流量测量查考。系列自容式ADCP居品样机(75kHz，150kHz，300kHz，600kHz)经耐久潜标海上考据后已提供给用户使用。715所主要开发船用38kHz和150kHz相控阵ADCP，38kHz相控阵ADCP已提供给用户装船使用。哈尔滨工程大学主要研发120kHz以上频率的系列相控阵计程仪。

在声学区域安防及维权时期方面，连年来，在反恐花样和水下安保需求股东下，我国水下安保时期得到了快速发展。以中科院声学所为首，包括国内其他科研院所、中船重工、中船工业集团在内的有关单元，纷繁开展和参与了水下安保时期的研发和应用有关职责。中科院声学所承担了2008年轻岛奥帆赛、2010年上海世博会等一系列首要赛会的水下安保任务，并在2011年召开了由中科院声学所主持的“宇宙第一届水下安保时期学术沟通会”.

目下已初步形成围绕小主见探伤为中枢的水下安保时期的产、学、研体系，已冉冉进入水下安保时期的快速发展时期。

在合成孔径声纳时期方面，中国科学院声学地方“863”辩论支柱下，于20世纪90年代末开动合成孔径声纳的磋商，历经“九五”、“十五”和“十一五”的发展，目下仍是形成了系列样机，并建立多平台、多频段SAS时期体系。目下仍是掌抓了合成孔径声纳总体想象、多子阵快速成像、基于传感器和原始回波数据的和谐迎合赔偿、自聚焦、信号珍重和汇聚一体化模块、大功率辐射机等一系列关节时期。

在海洋生物质源环境声学探伤与打听评估时期方面，中国科学院声学磋商所、中国水产科学磋商院黄海磋商所等多家国内科研院所和高校仍是开展了渔业声学有关基础和应用磋商，开动培养渔业声学专科的磋商生。国内仍是纠合召开五届宇宙渔业水声学会议，国内渔业声学磋商仍是初步形成邃密的场所。

在声学探伤时期方面，我国在国度层面进行了灵验资助，我国合成孔径声纳在浅海时期方面基本与海外同步、水体测流测速主见仍是形成了多个频段居品、深水多波束测深时期主见处于海外第三代水平。总体上讲，在有关时期限度取得裂缝进展，部分迷惑仍是具有很强的竞争力。但由于产业莫得跟上，阛阓主要被异邦居品限度，在该时期限度上的全面竞争显得后继乏力，时期合座先进性、新时期鼎新能力、产业滚动能力与国际水平比拟尚有不小的差距。通过资源合理建立，具体的时期主见尚较易任性，但合座鼎新、产业发展方面则要费劲得多。

因此，总的来说，在声学探伤时期限度我国与海外差距如故相配大的。

⒉国内上风科研机构

表3列出了海洋声学探伤时期国内主要磋商机构。

表3 声学探伤时期国内主要磋商机构

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⒊存在问题

目下，海洋声学探伤时期及系统的研发力量主要集合在科研院所和军工企业，主要基于国度及队列技俩驱动进行研发，国产化率较高，但产业化及配套时期方面力量较为漫步。关于声学系统而言，从样机到居品需要很好地处分环境性能可靠性、主要器件(迥殊是换能器)工艺雄厚性和一致性、水下机械部件职责可靠性等产等第关节性时期工艺问题。因此，声学探伤时期的发展应当加强阛阓需求主见，在技俩层面除了强调声学时期策动外，还搪塞环境应用性能策动提议条目。

总的来讲，海洋声学探伤时期的发展需要耐久雄厚的支柱，按照本色需求以及伏击进度步骤渐进开展有关时期磋商。同期需要加大基础工业投资，晋升国内材料、工艺水平，使得海洋声学探伤时期或者委果走向良性发展的说念路。

四、水平详尽评价

总的来看，我国合成孔径声纳在浅海时期方面基本与海外同步，深海合成孔径时期尚未开展有关职责，与国际先进水平有5～8a的差距。水体测流测速主见仍是形成了多个频段居品，主要差距在于居品化方面。高频成像/前视成像方面已有了初步样机，但成像效果不足海外先进水平，差距主要在于系统集成和换能器器件工艺方面，初步臆想差距在10a控制。渔业资源普查及评估时期连年来刚刚起步，国内渔用声纳系统基本入口，与海外先进水平的差距在15～20a控制。详尽来看，我国的海洋声学探伤时期与海外有10a控制的差距。

五、典型案例分析-多波束测深声纳时期

⒈海外发展近况与趋势

多波束测深声纳时期是目下最裂缝的水深测量方式，包括深水多波束测深时期和近海底多波束测深时期两大类，它或者扫尾海底地形地貌的宽苦衷、高精度探伤。该时期于今仍是过近60年的发展，长期保持承诺的生命力。自20世纪80年代干涉商用以来，目下仍是形成从深水到浅水，从用于船舶到用于不同职责深度水下载体的系列多波束测深声纳居品。

目下多波束测深声纳仍是发展到第四代水平，以罗致宽带时期、近场自动聚焦和水体炫耀等时期为代表，近一步晋升了声纳性能，波束数更多，测深点更密，集成度也更高。

典型居品为KONGSBERG公司的EM122深水多波束测深声纳和EM2040浅水(或近底)多波束测深声纳。前者为船载系统，探伤水深20～11000m，标称策动苦衷宽度最大43km，单次辐射形成两行共576个波束，可加密至864个波束，波束角宽最小可达0.5°×1°。后者可装置在船上，深海型最深可用于6000m水深，职责频率200kHz，300kHz，400kHz可选，最多可采纳两个吸收阵，此时波束数最多可达1600个，苦衷角宽最宽可达200°，波束角宽最小可达0.4°×0.7°。

在当代水声、电子、贪图机、信号处理时期闹热发展的布景下，多波束测深声纳时期水平将不断晋升：信号处理算法的不断完善将显着晋升系统测深精度和苦衷鸿沟；换能器和电子硬件的一致性将越来越好，汇聚软件和后处理软件功能和用户体验将越来越优；系统探伤能力将陆续增强，从测深彭胀到海底反向散射声强探伤、海底底质探伤、水中主见探伤等多方面，将极地面彭胀系统的适用鸿沟；把柄需求不同，多波束测深声纳的居品类别将愈加缜密化。

⒉国内时期水平判断和依据

⑴关节时期掌抓进度。我国多波束测深声纳时期与海外主流时期有较大差距，万古分以来，由于从海外阛阓或者买到，形成我国的全系列的多波束测深系统耐久依赖入口。“十一五”以来，国度支柱了有关磋商职责。2014年在“863”辩论支柱下，研制出基本达到国际第三代水平的深水多波束测深系统；目下有少许浅水多波束测深声纳扫尾居品化，但性能与海外有差距，阛阓占有率颠倒低。

⑵差距总体来说，我国深水多波束测深声纳莫得形成系列，在信号处理、声纳阵制造、电子硬件、汇聚与后处理软件等中枢时期方面有5～15a差距，合座时期水平与海外比拟有10a差距。

⒊应用远景

多波束测深声纳是目下前沿的海洋高时期迷惑。水深数据是海洋探伤中最基础的数据之一，准确的水深数据在军民两方面应用都有颠倒裂缝的意旨。在海洋科学磋商、资源开发、工程设立、飞行安全、国度权柄以及军事等活动中，频繁都需要准确地得回所情态区域内的海底地形地貌信息，动作基础贵府与支柱依据。不管是船载深(浅)水多波束测深声纳，如故水下载体上的近底多波束测深声纳都具有繁多的应用远景。

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【作家简介】文/刘晓东 王磊 杨娟 邓锴，均来自中国科学院声学磋商所。第一作家刘晓东，中国科学院声学磋商所，磋商员，博士生导师，主要磋商主见是海洋声学时期与声信号处理/高分辨率成像。著作来自《海洋时期学报》（2015年第3期），参考文件略，用于学习与沟通，版权归作家及出书社共同领有。

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