于 非, 陳永華, 周 春, 張孝薇, 鄧 鍇, 韓云峰, 劉巖松, 劉慶奎, 王 蓓, 胡賀崗, 姜靜波, 倪佐濤, 姜 斌, 李曉龍

(1. 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所, 山東 青島 266071; 2. 中國(guó)海洋大學(xué), 山東 青島 266100; 3. 國(guó)家海洋技術(shù)中心, 天津 300112; 4. 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所, 北京 100190; 5. 哈爾濱工程大學(xué), 黑龍江 哈爾濱, 150001)

潛標(biāo)是海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中最可靠、最準(zhǔn)確的手段之一, 在應(yīng)用海域范圍、觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量以及海上軍事監(jiān)測(cè)和預(yù)警上具有顯著優(yōu)勢(shì), 可為深海動(dòng)力環(huán)境預(yù)報(bào)與海洋軍事環(huán)境保障提供資料支撐。潛標(biāo)技術(shù)于20世紀(jì)50年代初首先在美國(guó)開(kāi)展, 隨后, 世界海洋強(qiáng)國(guó)也相繼開(kāi)展研究和應(yīng)用, 目前在大型海洋研究項(xiàng)目中常常布放大量的潛標(biāo)系統(tǒng)。我國(guó)于20世紀(jì)70 年代開(kāi)始海洋潛標(biāo)技術(shù)研究, 于1982年正式立項(xiàng)研制千米測(cè)流潛標(biāo)系統(tǒng)。之后經(jīng)過(guò)20多年發(fā)展, 我國(guó)自主潛標(biāo)觀測(cè)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展[1]。目前在西太平洋、東印度洋和南海已建立起大洋潛標(biāo)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。隨著海洋環(huán)境預(yù)報(bào)和海洋環(huán)境安全保障需求的提高, 對(duì)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取要求不斷提升, 準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)技術(shù)被提出[2]。它集潛標(biāo)與浮標(biāo)的技術(shù)優(yōu)勢(shì), 既可進(jìn)行深海水文環(huán)境要素長(zhǎng)期連續(xù)、定點(diǎn)多層隱蔽監(jiān)測(cè), 又可及時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送到地面數(shù)據(jù)中心, 具有系統(tǒng)集成度高、觀測(cè)隱蔽性好、不易遭受破壞、數(shù)據(jù)時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)。

美國(guó)大型海底觀測(cè)計(jì)劃(the Ocean Observatories Initiative, OOI)中, 潛標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊方式有兩種。一種是通過(guò)海底電纜[3], 另一種是通過(guò)Glider中繼。前者僅適用于近岸觀測(cè), 后者則適用于密集分布的潛標(biāo)陣列, 對(duì)于單套深海潛標(biāo)或空間距離較大的陣列則均不適用。華盛頓大學(xué)研發(fā)的浮子式準(zhǔn)實(shí)時(shí)潛標(biāo), 同樣主要應(yīng)用在淺海觀測(cè)中[4]。國(guó)內(nèi), 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所等在“十一五”863課題支持下, 率先開(kāi)展?jié)摌?biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)难邪l(fā), 研發(fā)了可連續(xù)彈射海面通訊浮標(biāo)的潛標(biāo)觀測(cè)系統(tǒng)[5]。中國(guó)海洋大學(xué)在“十二五”863計(jì)劃支持下, 進(jìn)行了深水定時(shí)衛(wèi)星通信潛標(biāo)系統(tǒng)的自主研發(fā)工作, 于2015年12月進(jìn)行了布放測(cè)試, 獲得了初步成功[6]。中國(guó)科學(xué)院海洋研究所在中科院先導(dǎo)專項(xiàng)“熱帶西太平洋海洋系統(tǒng)物質(zhì)能量交換及其影響”等的支持下, 于2015年研制了基于衛(wèi)星通信的實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)觀測(cè)系統(tǒng)[7];2016年后的 4年里, 不斷進(jìn)行升級(jí), 每年都在西太平洋海域進(jìn)行規(guī)?；膽?yīng)用。

盡管國(guó)內(nèi)一些單位開(kāi)展了潛標(biāo)實(shí)時(shí)化的工作,但仍存在一些問(wèn)題： (1)實(shí)時(shí)傳輸要素少： 一般只傳輸ADCP數(shù)據(jù)和少量CTD數(shù)據(jù); (2)實(shí)時(shí)觀測(cè)深度淺：極少數(shù)實(shí)現(xiàn)深海觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸, 多數(shù)實(shí)現(xiàn)的是海洋上1 000 m觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸; (3)國(guó)產(chǎn)化率低：幾乎所有的觀測(cè)設(shè)備和聲學(xué)釋放器等均為進(jìn)口, 只是纜繩等采用國(guó)產(chǎn), 國(guó)產(chǎn)化率很低。另外, 我國(guó)自主研制的海洋儀器設(shè)備(如CTD、ADCP和聲學(xué)釋放器等), 其實(shí)驗(yàn)室測(cè)量精度和可靠性等技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)與國(guó)外同類產(chǎn)品不相上下, 但由于缺乏海上工作的穩(wěn)定性、可靠性, 并且現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)精度難以保證, 所以實(shí)際應(yīng)用較少。這也是在當(dāng)前深海大洋調(diào)查活動(dòng)中, 國(guó)產(chǎn)海洋儀器使用較少的主要原因。甚至在研制中的自動(dòng)剖面浮標(biāo)、潛標(biāo)、水下滑翔機(jī)等, 使用的溫度、電導(dǎo)率和壓力傳感器等, 也大多是從國(guó)外進(jìn)口?；诤Ｑ蟓h(huán)境安全保障、海洋環(huán)境預(yù)報(bào)和海洋科學(xué)研究的需要, 本文詳細(xì)介紹了半潛升降式與浮子式兩型準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊潛標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì), 說(shuō)明了其關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點(diǎn), 并結(jié)合國(guó)產(chǎn)感應(yīng)耦合CTD設(shè)備集成測(cè)試應(yīng)用情況, 證明了系統(tǒng)全部采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備具有可行性,并為實(shí)際應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于海洋科學(xué)研究與海洋環(huán)境安全保障的需求,重點(diǎn)進(jìn)行錨泊系統(tǒng)水動(dòng)力分析、觀測(cè)設(shè)備工作同步性、準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)安全可靠和系統(tǒng)低功耗等整體設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)化; 開(kāi)展輕型感應(yīng)耦合傳輸纜研制、大深度感應(yīng)耦合傳輸和智能收放通訊等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通訊技術(shù)的研究; 進(jìn)行適用于準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)系統(tǒng)的多種類國(guó)產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)、規(guī)?；珊拖到y(tǒng)化應(yīng)用示范, 形成半潛升降式準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊潛標(biāo)與浮子式準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊潛標(biāo)各1套。

所設(shè)計(jì)的半潛升降式準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊潛標(biāo)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示, 此系統(tǒng)包括1套通訊測(cè)量浮子、1套子浮體(集成半潛式智能水下絞車)、2個(gè)主浮體、3段感應(yīng)耦合傳輸系統(tǒng)、32套感應(yīng)耦合同步測(cè)量設(shè)

圖1 半潛升降式準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊潛標(biāo)結(jié)構(gòu)組成Fig. 1 Diagram of the structure of the semi-submersible lifting quasi-real-time-communication submerged buoy

備、錨泊纜系(含2個(gè)并聯(lián)釋放器)和1套數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)等。2個(gè)主浮體上分別集成2個(gè)ADCP和數(shù)據(jù)采集與通信裝置, 子浮體上搭載半潛式智能水下絞車,錨系同步測(cè)量設(shè)備包括19套感應(yīng)耦合CTD和1套單點(diǎn)聲學(xué)海流計(jì), 所有觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)感應(yīng)耦合或水聲通訊傳輸傳到子浮體內(nèi), 借助水聽(tīng)器檢測(cè)海面是否安全。若安全, 半潛式水下絞車釋放通訊測(cè)量浮子,通訊測(cè)量浮子除了搭載衛(wèi)星通訊系統(tǒng), 還裝有 1套抗污染CTD和單點(diǎn)海流計(jì), 在其運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行子浮體到海面之間的剖面要素觀測(cè), 當(dāng)通訊測(cè)量浮子運(yùn)行至海面時(shí), 將所有觀測(cè)數(shù)據(jù)傳回岸站, 通訊測(cè)量浮子繼續(xù)潛伏至子浮體, 等待下一次數(shù)據(jù)通訊。

浮子式準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊潛標(biāo)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 浮子式準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊潛標(biāo)結(jié)構(gòu)組成Fig. 2 Diagram of the structure of the floating quasi-realtime-communication buoy

此準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)系統(tǒng)主要由實(shí)時(shí)衛(wèi)星通信浮標(biāo)、子浮體、主浮體I、主浮體II、溫鹽深鏈、ADCP、深水單點(diǎn)海流計(jì)、并聯(lián)聲學(xué)釋放器和錨系等組成。水下2 000 m以內(nèi)采用感應(yīng)耦合等進(jìn)行傳輸(溫鹽深鏈及 ADCP、深水單點(diǎn)海流計(jì)), 實(shí)現(xiàn)剖面數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集, 數(shù)據(jù)在 2個(gè)主浮體內(nèi)匯總存儲(chǔ)后通過(guò)中繼的子浮體, 利用實(shí)時(shí)衛(wèi)星通信浮標(biāo)將數(shù)據(jù)回傳到岸基實(shí)驗(yàn)室; 若實(shí)時(shí)衛(wèi)星通信浮標(biāo)受到破壞, 由主浮體釋放定時(shí)衛(wèi)星通信浮標(biāo), 將數(shù)據(jù)分段回傳至岸基實(shí)驗(yàn)室。

兩型準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成 1臺(tái)抗污染CTD、19臺(tái)感應(yīng)耦合傳輸溫鹽深測(cè)量?jī)x(ICTD)、8臺(tái)感應(yīng)耦合傳輸溫度測(cè)量?jī)x(IT)、4套帶感應(yīng)耦合傳輸?shù)?5 kHz聲學(xué)多普勒剖面流速儀(IADCP)、1套單點(diǎn)海流計(jì)和 6臺(tái)感應(yīng)耦合數(shù)據(jù)傳輸儀(Inductive Cable Coupler, ICC), 可實(shí)現(xiàn)深達(dá)2 000 m的剖面溫鹽深和海流等海洋要素的高頻率、多要素、多層次的長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)實(shí)時(shí)獲取, 以便對(duì)科學(xué)問(wèn)題解決和海洋環(huán)境安全保障做出貢獻(xiàn)。

兩型準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)系統(tǒng)的具體工作流程如圖3和圖4。其具體技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

圖3 半潛升降式準(zhǔn)實(shí)時(shí)潛標(biāo)工作流程圖Fig. 3 Flow chart of the functions of the semi-submersible lifting quasi-real-time-communication submerged buoy

圖4 浮子式準(zhǔn)實(shí)時(shí)潛標(biāo)工作流程圖Fig. 4 Flow chart of the functions of the floating quasi- real-time-communication buoy

表1 準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)Tab. 1 Technical mooring parameters

2 關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點(diǎn)

深海數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸對(duì)海洋預(yù)報(bào)系統(tǒng)的完善和科研成果的加速產(chǎn)出意義重大, 我國(guó)雖然突破了近海和大洋水下數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸這一“卡脖子”技術(shù), 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)成為海洋預(yù)報(bào)和保障系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源頭, 但還存在3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)急需突破。

1) 基于科學(xué)需求和國(guó)產(chǎn)觀測(cè)設(shè)備規(guī)模化應(yīng)用的深海準(zhǔn)實(shí)時(shí)潛標(biāo)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)： 根據(jù)不同的科學(xué)目標(biāo)應(yīng)用需求, 和大批量集成應(yīng)用國(guó)產(chǎn) CTD、ADCP、單點(diǎn)海流計(jì)、聲學(xué)釋放器等觀測(cè)儀器設(shè)備, 科學(xué)合理研究制定兩型準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸錨系觀測(cè)潛標(biāo)系統(tǒng)總體方案。重點(diǎn)解決深海復(fù)雜錨泊系統(tǒng)水動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)、批量國(guó)產(chǎn)觀測(cè)儀器設(shè)備集成、大深度多節(jié)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊、系統(tǒng)可靠性和低功耗等關(guān)鍵技術(shù), 滿足觀測(cè)應(yīng)用需求。每型準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸錨系觀測(cè)潛標(biāo)系統(tǒng)包括支撐載體(3個(gè)水下流線型浮體、1套通訊浮子和半潛式水下絞車等)、錨泊纜系(電轉(zhuǎn)環(huán)、張緊錘、深水浮球、釋放回收單元、包塑鋼纜和凱夫拉繩等)、觀測(cè)傳輸單元(剖面溫鹽深、剖面海流、感應(yīng)傳輸系統(tǒng)和實(shí)時(shí)通訊裝置)和陸基支撐系統(tǒng), 國(guó)產(chǎn)化率 95%以上, 可為批量國(guó)產(chǎn)觀測(cè)儀器提供長(zhǎng)期系統(tǒng)的科學(xué)觀測(cè)應(yīng)用和比測(cè)試驗(yàn)平臺(tái)。

2) 大深度剖面溫鹽流多要素同步測(cè)量和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)： 根據(jù)深海潛標(biāo)剖面溫鹽流多要素同步測(cè)量和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枨? 突破輕型感應(yīng)傳輸纜制作、大深度高可靠感應(yīng)傳輸和多方式衛(wèi)星通訊等,實(shí)現(xiàn)多設(shè)備同步測(cè)量, 并將整個(gè)剖面的觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳到海面后傳回岸站。兩種類型的準(zhǔn)實(shí)時(shí)潛標(biāo)剖面最大觀測(cè)水深2 000 m, 各集成20套CTD、8套單點(diǎn)海流計(jì), 4套ADCP和1套單點(diǎn)海流計(jì), 溫鹽深和海流觀測(cè)同步測(cè)量采樣周期1 h, 同步測(cè)量時(shí)間誤差小于30 s, 衛(wèi)星通訊頻次不小于2 次/d, 其中, 半潛升降式準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊潛標(biāo)借助于半潛升降式絞車每天通訊 2 次, 浮子式準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊潛標(biāo)依托始終漂浮于海面上的通訊浮子, 每隔4 h進(jìn)行一次數(shù)據(jù)通訊。

3) 深海準(zhǔn)實(shí)時(shí)潛標(biāo)系統(tǒng)可靠性技術(shù)： 根據(jù)深海潛標(biāo)安全可靠布放、回收和長(zhǎng)期(不小于半年)可靠在位運(yùn)行的需求, 重點(diǎn)解決深海浮體和輕型錨系系統(tǒng)在位運(yùn)行可靠性、半潛式絞車智能升降、水聲通信可靠性、聲學(xué)釋放器可靠性、通信浮體運(yùn)行可靠性、衛(wèi)星通信可靠性、安全布放回收方案設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù), 實(shí)現(xiàn)潛標(biāo)系統(tǒng)安全可靠布放、回收和長(zhǎng)期可靠在位運(yùn)行。

此系統(tǒng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面：

(1) 國(guó)內(nèi)首次基于多方式實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊的兩型錨系潛標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 在深海自容潛標(biāo)的基礎(chǔ)上,結(jié)合海洋科學(xué)研究和環(huán)境安全保障需求, 應(yīng)用半潛式智能升降平臺(tái)、高可靠通訊浮子和水下定時(shí)發(fā)射通訊浮子等多種數(shù)據(jù)準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸技術(shù), 設(shè)計(jì)了兩型深海準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊錨系觀測(cè)潛標(biāo)系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)深海觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸。其中, 半潛升降式準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊錨系觀測(cè)潛標(biāo)系統(tǒng)適用于非安全區(qū)域, 主要用來(lái)研究臺(tái)風(fēng)傳播機(jī)理和及其對(duì)海洋環(huán)境的影響, 其通訊浮子長(zhǎng)時(shí)間潛伏水下, 在需要通訊時(shí), 通過(guò)子浮體上水聽(tīng)器對(duì)海面進(jìn)行噪聲檢測(cè), 并結(jié)合壓力信號(hào), 檢測(cè)海面海況。若安全, 通訊浮子浮出水面進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊, 通訊完成后, 又潛伏水下隱藏, 大大增加了系統(tǒng)的安全性。浮子式準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊錨系觀測(cè)潛標(biāo)系統(tǒng)適用于相對(duì)安全的海區(qū), 主要對(duì)海洋中尺度渦現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè), 通訊浮子一直漂浮在海面, 隨時(shí)可以進(jìn)行海陸間數(shù)據(jù)通訊, 同時(shí), 在水下的主浮體上, 還裝有若干定時(shí)通訊浮子, 若海表面通訊浮子受到破壞,則定時(shí)釋放水下定時(shí)通訊浮子, 以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸。

(2) 國(guó)內(nèi)首次開(kāi)展2 000 m剖面的多要素同步測(cè)量和實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)研究： 國(guó)內(nèi)首次采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高可靠承拉導(dǎo)電轉(zhuǎn)環(huán)、高可靠輕型感應(yīng)耦合傳輸纜、感應(yīng)耦合傳輸 CTD、感應(yīng)耦合數(shù)據(jù)傳輸儀等技術(shù)裝備, 開(kāi)展感應(yīng)耦合傳輸信道特征參量與海洋環(huán)境影響關(guān)系研究, 進(jìn)行低溫、高壓等深海環(huán)境下感應(yīng)耦合傳輸信道參量?jī)?yōu)化, 解決多傳感器同步采集、微弱信號(hào)提取、智能化編碼和調(diào)制解調(diào)、多傳輸節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)序等關(guān)鍵技術(shù), 實(shí)現(xiàn)大深度多節(jié)點(diǎn)水下溫鹽深流多要素觀測(cè)設(shè)備同步測(cè)量, 并將整個(gè)剖面的觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳到海面后傳回岸站。

(3) 國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)基于潛標(biāo)實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)的雙向智能通訊、加密觀測(cè)和數(shù)據(jù)質(zhì)控： 根據(jù)自主深海潛標(biāo)系統(tǒng)對(duì)臺(tái)風(fēng)過(guò)境與內(nèi)孤立波等科學(xué)現(xiàn)象觀測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)等應(yīng)用需求, 本設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)首次開(kāi)展了基于潛標(biāo)系統(tǒng)的智能雙向通訊、智能加密觀測(cè)、觀測(cè)儀器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制等關(guān)鍵技術(shù)研究, 確保了觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量, 實(shí)現(xiàn)了科學(xué)研究與業(yè)務(wù)應(yīng)用觀測(cè)需求。

(4) 國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)基于潛標(biāo)系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)設(shè)備的大批量應(yīng)用： 首次基于深海錨系觀測(cè)平臺(tái)大批量集成應(yīng)用國(guó)產(chǎn)CTD、ADCP、單點(diǎn)海流計(jì)、聲學(xué)釋放器等儀器設(shè)備和深海潛標(biāo)浮體等國(guó)產(chǎn)潛標(biāo)主要部件, 國(guó)產(chǎn)化率 95%以上, 應(yīng)用國(guó)產(chǎn)新型防生物附著等技術(shù),為批量國(guó)產(chǎn)觀測(cè)儀器提供長(zhǎng)期系統(tǒng)的科學(xué)觀測(cè)應(yīng)用和比測(cè)試驗(yàn)平臺(tái), 目標(biāo)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)儀器實(shí)用化。

3 感應(yīng)耦合CTD設(shè)備集成測(cè)試

為檢驗(yàn)輕型感應(yīng)耦合傳輸纜、水下長(zhǎng)距離通信纜、國(guó)產(chǎn)感應(yīng)耦合儀以及國(guó)產(chǎn)CTD設(shè)備的工作性能,組成了深海實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)系統(tǒng)并進(jìn)行了深海測(cè)試,其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 國(guó)產(chǎn)感應(yīng)耦合CTD深海實(shí)時(shí)潛標(biāo)測(cè)試系統(tǒng)Fig. 5 Diagram of the domestic deep-sea real-time submarine test system inductively coupled CTD

如圖 5所示, 深海實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)測(cè)試系統(tǒng)由海面通信浮體、水下長(zhǎng)距離通信纜、浮力浮球、主浮體、輕型感應(yīng)耦合傳輸纜、感應(yīng)耦合傳感器(5套感應(yīng)耦合CTD和5套感應(yīng)耦合溫度儀)和感應(yīng)耦合儀等構(gòu)成, 10套感應(yīng)耦合傳感器實(shí)現(xiàn)水下350 m到1 000 m多的溫鹽深剖面觀測(cè), 并將觀測(cè)數(shù)據(jù)依靠感應(yīng)耦合傳輸?shù)姆绞絽R集到主浮體內(nèi)的數(shù)據(jù)采集艙, 而后通過(guò)水下長(zhǎng)距離通信纜以有線的方式傳送給海表面通信浮體, 由其借助衛(wèi)星通信方式傳回岸站。此系統(tǒng)所有設(shè)備和傳感器均為國(guó)產(chǎn)。借助中國(guó)科學(xué)院海洋研究所2018年西太平洋實(shí)時(shí)科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)航次, 該系統(tǒng)于2018年12月14日由“科學(xué)”號(hào)科考船成功布放,持續(xù)開(kāi)展穩(wěn)定工作。于 2019年底進(jìn)行了系統(tǒng)回收,感應(yīng)耦合溫度和感應(yīng)耦合溫鹽深傳感器工作穩(wěn)定,數(shù)據(jù)獲取率達(dá)到99.6%, 有效數(shù)據(jù)占比達(dá)到99.8%。數(shù)據(jù)連續(xù)性和穩(wěn)定性較好。

后續(xù)將增加集成國(guó)產(chǎn)化的系列儀器設(shè)備： 水下驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、潛標(biāo)主浮體、ADCP、單點(diǎn)海流計(jì)和聲學(xué)釋放器等, 構(gòu)成兩型準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)系統(tǒng), 進(jìn)行整體系統(tǒng)測(cè)試和應(yīng)用。

4 總結(jié)

基于實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)觀測(cè)的重要性和國(guó)產(chǎn)海洋觀測(cè)儀器的不足, 我們計(jì)劃通過(guò)研發(fā)多層溫鹽深準(zhǔn)實(shí)時(shí)集成觀測(cè)技術(shù)、大深度長(zhǎng)距離海流觀測(cè)技術(shù)、深海聲學(xué)釋放技術(shù)和半潛式水下升降與實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)等準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸深海剖面錨系觀測(cè)潛標(biāo)系統(tǒng)相關(guān)的多種技術(shù)與裝備, 從而形成兩型具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸深海剖面錨系觀測(cè)潛標(biāo)系統(tǒng), 為深海大洋科學(xué)研究和海洋環(huán)境安全保障等提供數(shù)據(jù)支撐,也將為我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化以及為防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支撐, 具有重要的科學(xué)價(jià)值和社會(huì)效益。