在海洋科學(xué)研究、水下通信導(dǎo)航及國防安全等眾多領(lǐng)域，水下聲場測量作為認(rèn)知海洋聲學(xué)環(huán)境、掌握聲波傳播規(guī)律的基礎(chǔ)性手段，正發(fā)揮著日益關(guān)鍵的作用。海洋作為一個復(fù)雜多變的聲波傳播介質(zhì)，其溫度、鹽度、深度及底質(zhì)特性的時空變化，直接影響著聲波的傳播路徑、能量衰減和信號畸變，而傳統(tǒng)單點測量方式往往難以完整捕捉聲場的時空分布特征，更無法滿足對大范圍、高精度、動態(tài)化聲場信息的需求。針對這一挑戰(zhàn)，我們打造了一套基于光纖傳輸與智能載具協(xié)同的水下聲場測量綜合解決方案，通過構(gòu)建“移動采集-固定監(jiān)測-高速回傳-融合解譯”的全鏈條技術(shù)體系，為海洋聲學(xué)環(huán)境調(diào)查、水聲裝備性能評估及水下目標(biāo)探測等應(yīng)用提供精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)支撐。
在數(shù)據(jù)采集層面，方案融合了多種測量手段的互補優(yōu)勢，一方面利用搭載溫鹽深儀、聲速剖面儀及水聽器陣列的AUV自主水下航行器，按照預(yù)設(shè)航線對大范圍海域進行網(wǎng)格化走航式測量，高效獲取海區(qū)水體的溫鹽深垂直剖面分布和聲速場時空變化特征；另一方面針對關(guān)鍵海域和重點關(guān)注區(qū)域，布設(shè)基于光纖水聽器的固定式聲場監(jiān)測陣列，實現(xiàn)對環(huán)境噪聲、傳播損失及聲場起伏的長期連續(xù)觀測，捕捉潮汐、內(nèi)波等海洋動力過程對聲場的影響。在數(shù)據(jù)傳輸層面，依托低損耗、抗干擾的特種光纖光纜，將AUV采集的實時測量數(shù)據(jù)以及固定陣列的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)高速回傳至岸基數(shù)據(jù)處理中心，徹底解決深水環(huán)境下的數(shù)據(jù)回傳瓶頸，使研究人員能夠?qū)崟r掌控測量進展并根據(jù)初步結(jié)果動態(tài)優(yōu)化測量方案。在數(shù)據(jù)解譯層面，結(jié)合先進的海洋聲學(xué)建模軟件和人工智能算法，對實測的聲速剖面、底質(zhì)參數(shù)及環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)進行同化處理和傳播損失建模，構(gòu)建高精度的區(qū)域聲場預(yù)報模型，清晰揭示聲波在復(fù)雜海洋環(huán)境中的傳播規(guī)律和時空演變特征。這一方案可廣泛應(yīng)用于海洋聲學(xué)環(huán)境基礎(chǔ)調(diào)查，通過大范圍移動測量與關(guān)鍵點長期監(jiān)測相結(jié)合，系統(tǒng)掌握目標(biāo)海域的聲場統(tǒng)計特性和變化規(guī)律；在水聲裝備測試與評估領(lǐng)域，為聲吶作用距離預(yù)報、水下通信鏈路預(yù)算及水聲對抗器材效能考核提供精準(zhǔn)的現(xiàn)場聲場環(huán)境參數(shù)；在國防安全領(lǐng)域，支撐水下警戒系統(tǒng)優(yōu)化布站、潛艇隱蔽作戰(zhàn)水域選擇及反潛探測能力評估；在海洋科學(xué)研究中，為海洋動力過程聲學(xué)監(jiān)測、海洋哺乳動物聲學(xué)調(diào)查及海底地質(zhì)聲學(xué)特性研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。
整體方案的核心優(yōu)勢在于實現(xiàn)了移動測量平臺與固定監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢互補，打通了從聲場數(shù)據(jù)獲取到傳播特性解譯的完整技術(shù)鏈條，確保水下聲場信息能夠高效、精準(zhǔn)地服務(wù)于各類應(yīng)用需求，所有測量設(shè)備均采用高精度傳感器和深海耐壓設(shè)計，保障系統(tǒng)在復(fù)雜海洋環(huán)境下的長期可靠運行，并可根據(jù)不同海域特點和測量目標(biāo)進行深度定制，真正為海洋聲學(xué)認(rèn)知和水下作業(yè)保障提供堅實可靠的技術(shù)支撐。
水下聲場測量應(yīng)用方案
針對典型海域水聲傳播特性研究需求，構(gòu)建固定基陣與機動平臺相結(jié)合的聲場測量體系。在目標(biāo)海域布設(shè)由光纖水聽器構(gòu)成的海底固定測量基陣，
實現(xiàn)對不同季節(jié)、不同水文條件下聲傳播損失的長期連續(xù)觀測；同時利用搭載聲源和水聽器串的AUV進行走航式測量，獲取聲場在三維空間中的精
細(xì)分布特征。所有測量數(shù)據(jù)通過光纖實時回傳，結(jié)合海洋環(huán)境參數(shù)進行聲場反演分析，提取聲速剖面、海底底質(zhì)聲學(xué)參數(shù)及混響特性等關(guān)鍵信道參
數(shù)，建立高精度的水聲信道模型。
針對水下警戒系統(tǒng)論證階段對目標(biāo)海域聲學(xué)環(huán)境的認(rèn)知需求，開展系統(tǒng)性聲場測量與探測效能評估。在擬布防區(qū)域布放分布式聲場測量節(jié)點，連續(xù)
采集環(huán)境噪聲、混響及目標(biāo)模擬信號數(shù)據(jù)，全面掌握該海域的聲學(xué)背景特性和傳播條件；基于實測數(shù)據(jù)建立高保真度的聲場仿真環(huán)境，對擬部署聲
納裝備的作用距離、探測概率及虛警率進行定量評估，為警戒系統(tǒng)方案設(shè)計、陣位優(yōu)化和裝備選型提供科學(xué)依據(jù)。
針對新型聲納裝備研制階段的性能測試需求，提供專業(yè)的外場聲場測量與校準(zhǔn)服務(wù)。在專用測試海域布設(shè)高精度光纖水聽器測量陣列，作為標(biāo)準(zhǔn)接
收系統(tǒng)對待測聲納的發(fā)射聲源級、波束指向性、接收靈敏度等關(guān)鍵性能指標(biāo)進行精確測量；同時利用同步授時技術(shù)，對待測聲納的時延估計精度和
多普勒測量精度進行標(biāo)定。測量數(shù)據(jù)實時回傳分析，生成完整的性能測試報告，支撐聲納裝備的技術(shù)鑒定和質(zhì)量控制。
針對海洋環(huán)境噪聲特性研究及其對聲納探測影響評估的需求，構(gòu)建長期連續(xù)的環(huán)境噪聲測量網(wǎng)絡(luò)。在重點海域布設(shè)低自噪聲光纖水聽器系統(tǒng)，對航
運噪聲、風(fēng)成噪聲、生物噪聲及冰下噪聲等各類環(huán)境噪聲進行長期連續(xù)記錄；結(jié)合AIS船舶數(shù)據(jù)、氣象水文資料及生物觀測信息，對噪聲源進行識
別和貢獻量分析，建立環(huán)境噪聲時空分布模型。監(jiān)測數(shù)據(jù)可支撐聲納背景適應(yīng)性設(shè)計、目標(biāo)探測算法優(yōu)化及海洋聲學(xué)環(huán)境保護研究。
針對水下航行器、潛艇及水面船舶等目標(biāo)的輻射噪聲特性測量需求，提供高精度多節(jié)點同步測量能力。在目標(biāo)經(jīng)過的預(yù)定航路上布設(shè)三維立體測量基
陣，由海底固定水聽器和垂直線列陣組成多角度接收系統(tǒng)，對目標(biāo)通過時的輻射噪聲進行全向采集；利用高精度時頻同步技術(shù)，對所有接收節(jié)點的數(shù)
據(jù)進行相干處理，實現(xiàn)目標(biāo)的精確測距、測向及輻射聲源級定量分析。測量結(jié)果可支撐目標(biāo)聲學(xué)特征庫建設(shè)、聲隱身性能評估及水下探測算法研究。
針對淺海海域聲傳播復(fù)雜、邊界影響顯著的特點，提供淺海聲場精細(xì)化測量服務(wù)。在近岸、島礁及大陸架等淺水區(qū)域布設(shè)高密度測量陣列，結(jié)合海底
底質(zhì)取樣和地聲參數(shù)原位測量，系統(tǒng)研究海底反射、海面散射及淺海聲道形成機理；利用移動測量平臺開展變深度聲傳播實驗，獲取不同收發(fā)深度條
件下的傳播損失和脈沖擴展特性。測量成果可支撐淺海聲納裝備優(yōu)化、反潛作戰(zhàn)輔助決策及近岸水下警戒系統(tǒng)建設(shè)。
針對深海聲道軸、表面聲道及會聚區(qū)等典型深海聲傳播現(xiàn)象的測量需求，提供深水大范圍聲場掃描能力。深水AUV搭載自容式水聽器陣列和溫鹽深剖
面儀，沿設(shè)定剖面進行大深度范圍的下潛上浮測量，同步獲取聲速剖面和聲傳播數(shù)據(jù)；在遠(yuǎn)程傳播路徑上布放深海著陸器式測量節(jié)點，接收遠(yuǎn)距離爆
炸聲源或大功率聲源發(fā)射的信號，清晰揭示會聚區(qū)的形成位置、增益特性及空間分布規(guī)律，支撐深海遠(yuǎn)程探測與通信系統(tǒng)設(shè)計。
針對極地冰蓋覆蓋海域的特殊聲場環(huán)境，提供冰下水聲場測量專用解決方案。耐低溫AUV搭載水聽器陣列和冰下導(dǎo)航系統(tǒng)，在冰架下方和冰間水道中
進行自主航行測量，獲取冰下聲速剖面、傳播損失及環(huán)境噪聲特性；冰基布放的垂直接收陣通過鉆孔穿透冰層進入水體，實現(xiàn)長期連續(xù)觀測。測量數(shù)
據(jù)可支撐極地水下警戒、冰下通信導(dǎo)航及極地聲學(xué)研究，為人類認(rèn)知和探索極地海洋環(huán)境提供先進技術(shù)手段。