深海高精度超短基线水声定位技术与应用项目介绍
一、项目名称：深海高精度超短基线水声定位技术与应用
二、推荐单位意见：中国海洋工程咨询协会
我单位认真审阅了“深海高精度超短基线水声定位技术与应用”项目推荐材料，审查了完成人资格，确认材料真实有效，相关栏目填报符合要求。
该项目针对如何克服复杂的海洋环境和作业平台影响，获取深海水下稳定可靠的高精度定位数据的难题，系统开展了深海高精度超短基线定位技术理论及实现研究，突破了原理方法、参数估计技术、声学换能器基阵成阵设计及核心产品等多项重大技术关键，发明了深海高精度超短基线水声定位技术，打破了国外技术垄断，并在我国海洋科学考察、海洋工程施工及水中兵器测量等多领域中应用，取得了丰富的理论技术成果和良好的应用效果，为提高我国认识海洋变化规律、提高对海洋环境和气候变化的预测能力，推动资源/能源可持续开发利用，保障海洋权益、海上航运和国防安全，实现海洋强国战略奠定了坚实基础。
该成果获得授权发明专利13项，软件著作权6项，发表论文50篇（其中SCI/EI检索21篇）。核心技术获2014年海洋工程科学技术奖一等奖。
根据国家科技技术发明奖授奖条件，特申报2016年度国家技术科技发明奖，建议授予一等奖。
三、项目简介及推广应用情况
走向深海是我国海洋强国建设的重要方向，深海水下高精度定位是海洋资源开发与利用、海洋科学调查与工程、以及维护国家海洋安全与权益的重要水下信息保障。由于海水对电磁波能量的强烈吸收衰减效应，水下定位不能像空间卫星定位一样采用电磁波传播原理，而只能采用水下声波（简称“水声”）作为唯一有效的信息传播载体。
超短基线定位系统是一种现代深海作业船只必不可少的高精度水声定位设备，为配备水声应答器的各类水下目标（如各类潜水器、水中兵器和海底固定设施等）提供水下高精度定位服务。克服复杂的海洋环境和作业平台影响，获取深海水下稳定可靠的高精度定位数据，是国际公认的超短基线定位技术需要解决的重要难题。
本项目突破了深海高精度超短基线水声定位技术，打破了国外对水声定位技术和产品的垄断，形成了完全自主知识产权的技术成果，实现了技术总体指标与国际水平持平、定位数据有效率指标远高于国外同类产品的技术跨越，为我国深海实践探索提供了重要的自主知识产权的技术与产品，推动了我国海洋仪器研究领域的技术进步。
本项目突破了多项重大关键技术，主要技术发明点包括：
发明点1：首次建立了适应深海复杂声学传播环境的高精度水声定位理论框架，提出了克服声传播弯曲校正的高效精确自适应分层声线跟踪方法，发明了水声学与大地测量学相结合的多源传感器数据高精度时空统一技术，发明了超短基线定位系统海上现场定位精度检验技术，海上应用表明，定位精度达到0.196%斜距、最大作用距离达到10.5km的国际同类产品的最高水平。
发明点2：发明了多阵元空间分集超宽带水声信号处理技术与高精度参数提取技术，提出了融合声多普勒特征信息的直达声与多径干扰声分辨方法，具备了工作带宽比现有国际水平大一倍、距离分辨力优于0.1毫米的系统工作能力，解决了复杂海洋环境和作业平台非平稳干扰下水声信号直达声稳健检测与高精度测量难题，海上应用表明，在深海定位数据率低（仅为10秒~20秒/次）的条件下定位数据有效率比国际同类产品提高3倍以上，最远作用距离定位有效率超过80%。
发明点3：在揭示超短基线定位系统性能与声学传感器基阵单元特性、基阵材料结构特征以及成阵工艺要素等因素相互作用规律基础上，提出了具有高度相位幅度一致性的超宽带多级复合棒声学单元设计方法、发明了具有隔振、吸声和去耦特性优良的耐压声学基阵设计技术、发明了基于旋转中心不变法原理的声学基阵阵元综合误差标校技术，校准后声学基阵的测向分辨力优于0.05度，解决了超短基线定位系统高精度空间角度测量的难题。
发明点4：发明了具有完全自主知识产权、国产化率超85%（仅水密接插件、少量外部非声传感器和部分电子芯片为国外产品）的深海高精度超短基线水声定位系统，解决了深海7000m溢流式高耐压、超宽带和宽指向性声学换能器设计难题，研制了多功能一体化的低功耗声信标，使我国具备了自主深海水下高精度定位的能力。
四、客观评价
(1) “长程超短基线定位系统研制”验收意见：
课题研究成果填补了我国在该技术领域的空白，整体技术水平达到国际先进技术水平。
(2) “国产超短基线定位系统增装”验收意见：
增装的国产超短基线定位系统能与国外超短基线系统形成相互备份，技术指标与性能达到国际同类先进产品水平。
(3) 上海交通大学应用证明：
作业期间采用哈尔滨工程大学的深海超短基线定位系统进行全程定位跟踪，定位数据可靠，ROV下潜和回收的轨迹清晰，达到了ROV水下作业的跟踪需求，定位效果有效率显著优于同船安装的法国IXBLUE公司的POSIDONIA定位系统。
五、推广应用情况
该项目产品自2012年起正式装备于我国系列远洋科考船上，截至目前已永久服役于“大洋一号”、“科学”、“向阳红09”和“探索一号”科考船并执行了多次科考任务；为我国7000米载人潜水器“蛟龙”号、深海缆控潜水器“海龙”号和深海水下声学拖体等多种水下潜器提供了水下作业精确定位服务；同时正在开展的为我国新型军用舰船新一代声纳提供水下定位跟踪服务、为我国海油工程作业服务、以及水下潜水器对接定位服务等应用，标志着该项目具有十分广阔的应用前景。
六、主要知识产权证明目录
七、主要完成人情况表
八、完成人合作关系说明
项目工作涵盖基础理论研究、关键技术突破、产品形成与应用等方面，主要涉及哈尔滨工程大学及国家海洋局第一研究所两个单位共计6人。项目第1完成人孙大军在本项目中承担了系统总体方案设计、系统海上试验方案设计、超短基线定位系统精度评估和部分关键技术研究工作等工作，是该项目的核心人物，与其他完成人合作关系说明如下：
本文内容来源于中国海洋工程咨询协会官网，图片来源于哈尔滨工程大学官网。
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