第一章海洋調(diào)查和探測技術(shù)第一節(jié)海洋調(diào)查船第二節(jié)海洋浮標(biāo)第三節(jié)海洋遙感技術(shù)第四節(jié)水聲探測技術(shù)第五節(jié)海洋觀測儀器第一章海洋調(diào)查和探測技術(shù)1現(xiàn)代立體化海洋調(diào)查和探測技術(shù):海面:調(diào)查船、浮標(biāo)站水下:潛水器、水下實驗室、水聲技術(shù)空中和空間:飛機、衛(wèi)星現(xiàn)代立體化海洋調(diào)查和探測技術(shù):2海洋調(diào)查船：海洋調(diào)查最基本的運載工具，是專門從事海洋科學(xué)調(diào)查的船只。它是運載海洋科學(xué)工作者親臨現(xiàn)場，應(yīng)用專門儀器設(shè)備直接觀測海洋、采集樣品和研究海洋的工具?！疤魬?zhàn)者”號科學(xué)考察船（2300ｔ）由軍艦改裝，1872.12～1876.5，３年半時間，航程12.6萬公里。第一節(jié)海洋調(diào)查船海洋調(diào)查船：海洋調(diào)查最基本的運載工具，是專門從事海洋科學(xué)調(diào)查3所做工作：測量海洋深層水溫在362個點上進行生物標(biāo)本采集測量海底地形、地質(zhì)測量了環(huán)流海水透明度、海洋動植物分析鹽度、發(fā)現(xiàn)海底錳結(jié)核調(diào)查資料經(jīng)76位科學(xué)家23年的整理分析于1880～1895年出版50卷巨著，共29500頁，插圖3000張，被譽為“奠基性調(diào)查”。所做工作：測量海洋深層水溫4生物調(diào)查海水理化、地質(zhì)地貌專業(yè)調(diào)查和特種調(diào)查現(xiàn)代化調(diào)查船極地海洋調(diào)查船187219251950196220世紀(jì)90年代海洋調(diào)查發(fā)展過程（雪龍?zhí)枺┥镎{(diào)查海水理化、地質(zhì)地貌專業(yè)調(diào)查和特種調(diào)查現(xiàn)代化調(diào)查船極地5一、海洋調(diào)查船的主要特點（1）裝備專用儀器，研究實驗室等；（2）船體堅固，有良好的穩(wěn)定性和抗浪性；（3）具有良好的操縱性;（4）有準(zhǔn)確可靠的導(dǎo)航定位系統(tǒng)；（5）具有充足完備的供電能力。一、海洋調(diào)查船的主要特點（1）裝備專用儀器，研究實驗室等；6按海區(qū)不同：近海調(diào)查船遠洋調(diào)查船按調(diào)查任務(wù)不同：綜合調(diào)查船（一）專業(yè)調(diào)查船（二）特種調(diào)查船（三）二、海洋調(diào)查船的類型按海區(qū)不同：近海調(diào)查船二、海洋調(diào)查船的類型7（一）綜合調(diào)查船設(shè)備齊全：水文、氣象、物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)的樣本采集；排水量大性能好：續(xù)航能力，有海洋浮動實驗室之稱。如：“海洋學(xué)家”號（美）、“發(fā)現(xiàn)”號（英）、“白鳳丸”號（日）、“讓.夏爾科”號（法）（一）綜合調(diào)查船8（二）專業(yè)調(diào)查船（1）海洋測量船－－海圖測繪和海道測量。（2）開發(fā)研究船－－是直接為海洋開發(fā)服務(wù)的，如勘探、漁業(yè)調(diào)查、氣象觀測等（三）特種海洋調(diào)查船（1）宇宙調(diào)查船“遠望號”（2）極地調(diào)查船“雪龍?zhí)枴保?）深海采礦鉆探船（二）專業(yè)調(diào)查船9三、與調(diào)查船有關(guān)的技術(shù)及發(fā)展方向（一）計算機網(wǎng)絡(luò)化（二）低速操縱性（三）導(dǎo)航設(shè)備（四）動力定位系統(tǒng)（五）實驗室作業(yè)區(qū)布局和調(diào)查設(shè)備（六）調(diào)查船新型船殼設(shè)計三、與調(diào)查船有關(guān)的技術(shù)及發(fā)展方向（一）計算機網(wǎng)絡(luò)化10第二節(jié)海洋浮標(biāo)oceanbuoy海洋浮標(biāo)為一類載有探測用的各類傳感器的海上平臺，是現(xiàn)代化海洋立體監(jiān)測系統(tǒng)中的重要技術(shù)。它猶如一個海上自動水文氣象站，可以在廣闊的海洋上進行定點（或飄流）的長期連續(xù)觀測，不管是在風(fēng)平浪靜之日，還是在狂風(fēng)暴雨之時，都能監(jiān)視著海上風(fēng)云的變幻，為海洋環(huán)境預(yù)報、航海運輸、海洋科學(xué)研究、以及海洋開發(fā)，提供實時的海洋信息，費用也比船舶低，特別是能收集到調(diào)查船難以收集到的惡劣天氣及海況的資料，人們又把它叫做海上自動觀測站。第二節(jié)海洋浮標(biāo)oceanbuoy海洋浮標(biāo)為一類載有探測用11海洋浮標(biāo)技術(shù)是伴隨著海洋科學(xué)的發(fā)展，在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的海洋監(jiān)測新技術(shù)。海洋浮標(biāo)是一種現(xiàn)代化的海洋觀測設(shè)施。它具有全天候、全天時穩(wěn)定可靠的收集海洋環(huán)境資料的能力，并能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、自動標(biāo)示和自動發(fā)送。海洋浮標(biāo)與衛(wèi)星、飛機、調(diào)查船、潛水器及聲波探測設(shè)備一起，組成了現(xiàn)代海洋環(huán)境主體監(jiān)測系統(tǒng)，為探測海洋的奧秘，立下了不朽功勛。海洋浮標(biāo)，一般分為水上和水下兩部分，水上部分裝有多種氣象要素傳感器，分別測量風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓和溫度等氣象要素；水下部分有多種水文要素傳感器，分別測量波浪、海流、潮位、海溫和鹽度等海洋水文要素。

海洋浮標(biāo)技術(shù)是伴隨著海洋科學(xué)的發(fā)展，在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起12各種傳感器將采集到的信號，通過儀器自動處理，由發(fā)射機定時發(fā)出。地面接收站將收到的信號經(jīng)過處理后，就得到了人們所需要的資料。通過對這些資料的掌握，會給人們的生產(chǎn)和生活帶來極大的便利。如知道了海流流向，航海時便盡可能順流而行；知道了風(fēng)暴區(qū)域，航海時則可避開繞行；知道了潮位的異常升高，便可及時防備突發(fā)事件。各種傳感器將采集到的信號，通過儀器自動處理，由發(fā)射機定時發(fā)出13

海洋浮標(biāo)最早出現(xiàn)于第二次世界大戰(zhàn)（1939－1945年）期間，德國在大西洋、英吉利海峽和北海等海區(qū)首先使用。當(dāng)時的浮標(biāo)設(shè)計較為簡單。經(jīng)過20世紀(jì)50年代、60年代的研制和發(fā)展，到了70年代，海洋浮標(biāo)技術(shù)日趨成熟，逐漸投入使用。我國從六、七十年代開始，分別開展了錨泊浮標(biāo)和潛標(biāo)的研制工作。在1965年，通過全國會戰(zhàn)研制了第一套H232m×1.5m船形浮標(biāo)。經(jīng)歷了2H23型、HFB-1型、南浮1號、科浮2號、FZF2-1型、FZS1-1型幾代浮標(biāo)的演變。1985年開始建設(shè)我國的海洋水文氣象浮標(biāo)網(wǎng)，從英國MAREX公司引進了8套DS14型3m圓盤式浮標(biāo)，同時在“七五”重點科技攻關(guān)項目中，研制了FZF2-1型10m圓盤式浮標(biāo)和FZS1-1型3m圓盤式浮標(biāo)，浮標(biāo)工作得到了較為迅速的發(fā)展。1986年完成FSS1-2型千米測流潛標(biāo)系統(tǒng)的研制工作，基本掌握了系統(tǒng)設(shè)計、制造、布放、回收等技術(shù)；“七五”期間開展了深海測流潛標(biāo)系統(tǒng)實用技術(shù)研究，使?jié)摌?biāo)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)得到了較大的發(fā)展，提高了潛標(biāo)系統(tǒng)對船舶的適應(yīng)性和海區(qū)適應(yīng)性。并在中日聯(lián)合黑潮調(diào)查中，多次應(yīng)用了海洋調(diào)查潛標(biāo)系統(tǒng)。

海洋浮標(biāo)最早出現(xiàn)于第二次世界大戰(zhàn)（1939－194514一、海洋浮標(biāo)分類按觀測項目分：海洋水文氣象遙測浮標(biāo)、海洋污染監(jiān)測浮標(biāo)、地震測量浮標(biāo)和多用途浮標(biāo)按浮標(biāo)在海面上所處的位置分：錨泊浮標(biāo)（anchorbuoy）

、漂流浮標(biāo)（driftingfloat）和潛標(biāo)

一、海洋浮標(biāo)分類按觀測項目分：海洋水文氣象遙測浮標(biāo)、海洋污染15（1）錨泊浮標(biāo)：又稱海洋資料浮標(biāo)或海洋遙測浮標(biāo)。

用錨把海上平臺系留在海上預(yù)定的地點，具有定點、定時、長期、連續(xù)、較準(zhǔn)確地收集海洋水文氣象資料的能力，被稱為“海上不倒翁”。包括氣象資料浮標(biāo)、海水水質(zhì)監(jiān)測浮標(biāo)、波浪浮標(biāo)等。海岸浮標(biāo)是一種比較常用的錨定浮標(biāo)，適合于短期科學(xué)實驗及環(huán)境監(jiān)控計算，也適合于某些海底的測量工作。浮標(biāo)的底部如鐘擺式長臂，固定于附加裝置上。海岸浮標(biāo)能將測得的數(shù)據(jù)傳給衛(wèi)星，再由衛(wèi)星將信號傳送到地面接收站和海洋環(huán)境監(jiān)網(wǎng)。

（1）錨泊浮標(biāo)：又稱海洋資料浮標(biāo)或海洋遙測浮標(biāo)。16海洋資料浮標(biāo)是岸基監(jiān)測系統(tǒng)向海洋方面的延伸，處于海-氣交換界面上，對海洋環(huán)境進行長期測量，所采集的數(shù)據(jù)能更直接、更迅速反映海洋環(huán)境的變化。因此，浮標(biāo)資料對海洋環(huán)境監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警報的作用是巨大的和不可缺少的。錨泊海洋資料浮標(biāo)有大型圓盤浮標(biāo)，主要用于惡劣條件下的海洋科學(xué)試驗；中型浮標(biāo)主要用于幾百米水深的海域；小型圓盤型浮標(biāo)，主要用于近?；蚝醇昂涌诘谋O(jiān)測。這些資料浮標(biāo)系統(tǒng)普遍采用了高可靠性的低功耗微處理機作為數(shù)據(jù)采集控制的核心，應(yīng)用衛(wèi)星傳輸測量數(shù)據(jù)。其特點主要表現(xiàn)在：能夠增加傳感器，擴大浮標(biāo)的功能；采用先進的數(shù)據(jù)采集和通訊系統(tǒng)；浮標(biāo)采用鋼、鋁、泡沫塑料或玻璃鋼混合結(jié)構(gòu)，重量輕、布放回收方便；均采用太陽能電池和蓄電池組合供電；關(guān)鍵部件采取備份，提高浮標(biāo)的可靠等級。海洋資料浮標(biāo)是岸基監(jiān)測系統(tǒng)向海洋方面的延伸，處于海-17由南海海洋所承擔(dān)的“十五”國家863計劃“海洋光學(xué)浮標(biāo)技術(shù)”項目。

該項目是發(fā)展我國“立體、中遠距離海洋監(jiān)測高技術(shù)”的重要組成部分。目標(biāo)是研制適合我國海區(qū)的錨系光學(xué)浮標(biāo)，同步監(jiān)測海面、海水近表層和真光層光學(xué)參數(shù)，為水色遙感的現(xiàn)場輻射定標(biāo)和遙感數(shù)據(jù)真實性檢驗，為海洋生態(tài)、動力環(huán)境監(jiān)測提供實時高光譜數(shù)據(jù)。主要研制適用于海洋光學(xué)測量的浮標(biāo)體及系統(tǒng)集成，高光譜、多光譜水下輻照度和輻亮度測量，多光譜海面輻照度測量，高光譜水體吸收和散射系數(shù)測量，水下光學(xué)儀器窗口防污染，浮標(biāo)數(shù)據(jù)連續(xù)自動采集，浮標(biāo)-真光層以及浮標(biāo)-岸機實時通信，以及光學(xué)浮標(biāo)數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用分析等技術(shù)。

由南海海洋所承擔(dān)的“十五”國家863計劃“海洋光學(xué)浮標(biāo)18（2）漂流浮標(biāo)：可以在海上隨波逐流地收集大面積有關(guān)海洋資料。體積小、重量輕，沒有龐大復(fù)雜的錨泊系統(tǒng)，具有簡單、經(jīng)濟之特點。有表面漂流浮標(biāo)、中性浮標(biāo)、各種小型漂流器等?！鞍柛辍备?biāo)/

（2）漂流浮標(biāo)：可以在海上隨波逐流地收集大面積有關(guān)海洋資料。19“阿爾戈”是英語“Argo”一字的音譯，而Argo又是英文“ArrayforReal-timeGeostrophicOceanography”的縮寫，其中文含義為“地轉(zhuǎn)海洋學(xué)實時觀測陣”。它如同陸地上有許許多多的氣象站組成的氣象觀測網(wǎng)一樣，“阿爾戈”是在海洋上建立的海洋觀測網(wǎng)的代稱。此外，“阿爾戈”這一命名，還體現(xiàn)了海洋觀測網(wǎng)與由美國國家航空與航天局（NASA）和法國國家空間中心（CNES）聯(lián)合發(fā)射的新一代“杰森”（Jason）衛(wèi)星高度計之間的特殊關(guān)系。傳說“阿爾戈”（Argo）是希臘神話中的一艘神船，那些稱呼“杰森”（Jason）的勇士們乘上這艘神船無往不勝，完成了其史詩般的海上航行?，F(xiàn)在人們用“阿爾戈”和“杰森”來比喻海洋觀測網(wǎng)與衛(wèi)星高度計之間的相互關(guān)系，強調(diào)“杰森”衛(wèi)星高度計需要先進的“阿爾戈”海洋觀測網(wǎng)的配合才能成功完成它的歷史使命。“阿爾戈”是英語“Argo”一字的音譯，而Argo又是英文“20“阿爾戈”計劃1998年，美國和日本等國家大氣、海洋科學(xué)家推出了一個全球性的海洋觀測計劃，目的是要借助最新開發(fā)的一系列高新海洋技術(shù)（如Argo剖面浮標(biāo)、衛(wèi)星通訊系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)等），建立一個實時、高分辨率的全球海洋中、上層監(jiān)測系統(tǒng)，以便能快速、準(zhǔn)確、大范圍地收集全球海洋上層的海水溫度和鹽度剖面資料，有助于了解大尺度實時海洋的變化，提高氣候預(yù)報的精度，有效防御全球日益嚴(yán)重的氣候災(zāi)害（如颶風(fēng)、龍卷風(fēng)、臺風(fēng)、冰暴、洪水和干旱等）給人類造成的威脅。該計劃設(shè)想用3-5年的時間（2000－2004年），在全球大洋中每隔300公里布放一個衛(wèi)星跟蹤浮標(biāo)，總計為3000個，組成一個龐大的“阿爾戈”全球海洋觀測網(wǎng)。一種稱為自律式的拉格朗日環(huán)流剖面觀測浮標(biāo)（簡稱“阿爾戈浮標(biāo)”）將擔(dān)當(dāng)此重任。它的設(shè)計壽命為3－5年，最大測量深度為2000米，會每隔10－14天自動發(fā)送一組剖面實時觀測數(shù)據(jù)，每年可提供多達10萬個剖面（0－2000米水深內(nèi)）的海水溫度和鹽度資料。由于其與“杰森”衛(wèi)星高度計之間的密切聯(lián)系，故將其以“阿爾戈”計劃相稱。

“阿爾戈”計劃21阿爾戈計劃的推出，迅速得到了包括澳大利亞、加拿大、法國、德國、日本、韓國等10余個國家的響應(yīng)和支持，并已成為全球氣候觀測系統(tǒng)（GCOS）、全球大洋觀測系統(tǒng)（GOOS）、全球氣候變異與觀測試驗（CLIVAR）和全球海洋資料同化試驗（GODAE）等大型國際觀測和研究計劃的重要組成部分。第四屆世界氣候變化綱領(lǐng)大會、第20屆聯(lián)合國政府間海洋學(xué)委員會大會和第13屆世界氣象大會都認(rèn)為，阿爾戈計劃是一個十分重要的項目。為此，聯(lián)合國政府間海洋學(xué)委員會還專門通過了一項決議，支持阿爾戈計劃在全球的實施。

阿爾戈計劃的推出，迅速得到了包括澳大利亞、加拿大、法國、德國22“阿爾戈”浮標(biāo)指用于建立全球海洋觀測網(wǎng)的一種專用測量設(shè)備（右圖）。它可以在海洋中自由漂移，自動測量海面到2000米水深之間的海水溫度、鹽度和深度，并可跟蹤它的漂移軌跡，獲取海水的移動速度和方向?！鞍柛辍备?biāo)在專業(yè)上稱自律式拉格朗日環(huán)流剖面觀測浮標(biāo)（PALACE）或自持式剖面自動循環(huán)探測儀，也有人稱中性剖面自動探測漂流浮標(biāo)。眾所周知，任何物體在水中實現(xiàn)沉、浮運動通常有三種途徑，一是改變物體的體積而重量保持不變；二是改變物體的重量而體積不變；三是增加或減少對物體所施加的外力?！鞍柛辍备?biāo)的設(shè)計則采用了第一種途徑，即浮標(biāo)在水中沉浮依靠改變其內(nèi)部體積來實現(xiàn)。根據(jù)這一原理設(shè)計的浮標(biāo)主要由可變體積的水密耐壓殼體、機芯、液壓驅(qū)動裝置、傳感器、控制/數(shù)據(jù)采集/存儲電路板、數(shù)據(jù)傳輸終端（PTT）和電源等部分組成?！鞍柛辍备?biāo)指用于建立全球海洋觀測網(wǎng)的一種專用測量設(shè)備（右23

浮標(biāo)總體結(jié)構(gòu)

浮標(biāo)的沉浮功能主要依靠液壓驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)。液壓系統(tǒng)則由單沖程泵、皮囊、壓力傳感器和高壓管路等部件組成，皮囊裝在浮標(biāo)體的外部，有管路與液壓系統(tǒng)相連。當(dāng)泵體內(nèi)的油注入皮囊后會使皮囊體積增大，致使浮標(biāo)的浮力逐漸增大而上升。反之，柱塞泵將皮囊里的油抽回，皮囊體積縮小，浮標(biāo)浮力隨之減小，直至重力大于浮力，浮標(biāo)體逐漸下沉。若在浮標(biāo)的控制微機中輸入按預(yù)定動作要求編寫的程序，則微機會根據(jù)壓力傳感器測量的深度參數(shù)控制下潛深度、水下停留時間、上浮、剖面參數(shù)測量、水面停留和數(shù)據(jù)傳輸，以及再次下潛等工作環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)浮標(biāo)的自動沉浮、測量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。浮?biāo)總體結(jié)構(gòu)24阿爾戈浮標(biāo)剖面測量過程

這種自持式剖面自動循環(huán)探測儀的設(shè)計壽命為3-5年。如果不出意外的話，一個“阿爾戈”浮標(biāo)每年可以提供約36個剖面的觀測資料。目前，該浮標(biāo)及其應(yīng)用的剖面循環(huán)探測技術(shù)在國內(nèi)還屬空白，國外也只有少數(shù)幾個國家（美國、法國和加拿大）有能力生產(chǎn)。PALACE、APEX、PROVOR和SOLO等型號的自動剖面探測儀是各國在實施“阿爾戈”計劃中應(yīng)用較為廣泛的4種頗具代表性的“阿爾戈”浮標(biāo)。

阿爾戈浮標(biāo)剖面測量過程這種自持式剖面自動循環(huán)探測儀的設(shè)計壽25

ARGO浮標(biāo)的布放也十分簡單，浮標(biāo)通過測試程序，證明浮標(biāo)處于良好工作狀態(tài)，無需專業(yè)人員在場即可在海上布放。且布放的方式有多種多樣，可以利用飛機空投，適用于在一些偏遠的海區(qū)布放浮標(biāo)，也可以用定期來往于全球貿(mào)易航線上數(shù)以百計的商船或其他機會船（VOS）布放。當(dāng)然，利用專業(yè)調(diào)查船布放會使浮標(biāo)工作更具有可靠性，觀測資料會更有說服力。因為在用專業(yè)調(diào)查船布放浮標(biāo)時，可以利用船載溫鹽深儀（CTD）和高精度實驗室鹽度計等對浮標(biāo)觀測資料進行現(xiàn)場比較和校正。這種浮標(biāo)最大的優(yōu)點是一旦布放，它將持續(xù)自動運行而無需人為維護。阿爾戈觀測網(wǎng)的布點既不能太稀疏，也不可能太密集。最終選擇了在全球海洋中布放3000個浮標(biāo)，觀測深度為2000m的設(shè)計目標(biāo)。考慮到衛(wèi)星高度計的光譜空間尺度隨著緯度的增加會縮短的事實，要求在高緯度海區(qū)增加浮標(biāo)的布放密度，而在赤道海域則可稀疏一些。即在60°N以北海域，其浮標(biāo)的布設(shè)密度要比赤道海域增加2倍。但就平均而言，ARGO觀測網(wǎng)將由每隔約3個經(jīng)緯度布設(shè)一個浮標(biāo)，總計約有3000個ARGO剖面浮標(biāo)組成。ARGO浮標(biāo)的布放也十分簡單，浮標(biāo)通過測試程序，證明26中國ARGO計劃總體目標(biāo)中國計劃在2002～2005年期間投放100～150個ARGO浮標(biāo)，以便建成一個大洋局域觀測網(wǎng)。以后則每年投放20～30個浮標(biāo)，以維持該局域觀測網(wǎng)的正常運行。

中國ARGO計劃總體目標(biāo)是，通過引進國際上新一代、先進的沉浮式海洋觀測浮標(biāo)（即ARGO剖面浮標(biāo)），施放于鄰近我國的西北太平洋海域（少量浮標(biāo)將視情形布放到南大洋和印度洋海域），建成我國新一代海洋實時觀測系統(tǒng)（ARGO）中的大洋觀測網(wǎng)（布放100～150個ARGO剖面浮標(biāo)），使中國成為國際ARGO計劃中的重要成員國。同時能共享全球海洋中3000個ARGO浮標(biāo)資料，豐富我國海洋和氣象界承擔(dān)的相關(guān)研究項目的資料源，并為該系統(tǒng)的近海觀測網(wǎng)建設(shè)提供強有力的技術(shù)支撐，即通過大洋觀測網(wǎng)建設(shè)，以此來了解和掌握該高新海洋觀測技術(shù)的性能和特點，走技術(shù)引進、消化吸收和自行研制之路，使未來大洋觀測網(wǎng)的維持由國產(chǎn)ARGO浮標(biāo)代替，而近海觀測網(wǎng)則完全采用國產(chǎn)ARGO浮標(biāo)組成，最終建成我國自成系統(tǒng)的海洋實時觀測網(wǎng)絡(luò)，為我國的海洋研究、海洋開發(fā)、海洋管理和海上軍事活動等提供實時觀測資料和產(chǎn)品。中國ARGO計劃總體目標(biāo)27（3）潛標(biāo)：可潛于水中，主要用于深海測流和深層水文要素。海洋潛標(biāo)系統(tǒng)是對水下海洋環(huán)境要素進行長期、定點、連續(xù)、同步剖面觀測的海洋監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)在水下相對隱蔽的狀態(tài)下工作，不易受海面惡劣海況的影響及人為（包括船只）破壞，海洋潛標(biāo)系統(tǒng)可以觀測水下多種海洋環(huán)境參數(shù)。廣泛應(yīng)用于海洋調(diào)查和科學(xué)研究。潛標(biāo)錨定于水下，可定點進行連續(xù)自記，并按指令定期上浮回收。（3）潛標(biāo)：可潛于水中，主要用于深海測流和深層水文要素。海洋28二、海洋浮標(biāo)技術(shù)的組成海上預(yù)報（一）岸上接收（二）海上預(yù)報部分浮體傳感器系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)通信系統(tǒng)電源系統(tǒng)錨泊系統(tǒng)二、海洋浮標(biāo)技術(shù)的組成海上預(yù)報（一）岸上接收（二）海上預(yù)報浮29浮標(biāo)體是海上儀器設(shè)備的載體，有圓盤形、船形、圓球形、圓柱形等多種式樣，其中直徑10米左右的圓盤形和長6米左右的船形浮標(biāo)比較普遍。傳感器組是測量各種參數(shù)的探頭，通常安裝在浮標(biāo)體上的有風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、氣溫、濕度（或露點）、表層水溫、鹽度（電導(dǎo)率）、流向、流速、波高、波周期、波向等傳感器。有些浮標(biāo)還在系纜繩上安裝著測量不同深度水層溫、鹽、深度的傳感器。但由于技術(shù)復(fù)雜，易于損壞，所以也有采用潛標(biāo)觀測和聲學(xué)傳輸?shù)霓k法來完成深層觀測任務(wù)的。數(shù)據(jù)采錄裝置是以時鐘控制，按規(guī)定程序采集各傳感器觀測信號的工具。它一方面能將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)碼存貯(或記錄)在浮標(biāo)上，另一方面能將數(shù)據(jù)經(jīng)糾正檢驗并編碼后輸送給遙測發(fā)射機向岸站發(fā)出。通訊系統(tǒng)包括指令信號接收機、遙測信號發(fā)射機及其公用天線，前者用以接受岸站讓浮標(biāo)進行規(guī)定動作的指令信號，后者用以向岸站發(fā)送觀測資料，所用頻率高頻在4～22兆赫范圍內(nèi)，超高頻約為400兆赫。電源一般采用柴油機發(fā)電、燃料電池或其他電池。目前美國還正在低緯度海域試用太陽能電池供電。浮標(biāo)體是海上儀器設(shè)備的載體，有圓盤形、船形、圓球形、圓30遙控發(fā)射機遙測接收機天線通信系統(tǒng)電子計算機岸上接收部分主要設(shè)備有遙控發(fā)射機、遙測接收機、天線（菱形、籠形或衛(wèi)星接收天線）、時序控制器、解調(diào)譯碼器、電子計算機、電傳打字機和數(shù)字磁帶機等。海上浮標(biāo)定時發(fā)送的資料或接受岸站指令隨時發(fā)送的資料，岸站均能自動接收下來，打印出真值數(shù)據(jù)并記錄在數(shù)字磁帶上。

遙控遙測天線通信電子岸上接收主要設(shè)備有遙控發(fā)射機、312008年奧運會奧帆賽場浮標(biāo)站建設(shè)完成“2008年奧運會青島帆船賽區(qū)海洋水文、水質(zhì)監(jiān)測暨預(yù)報系統(tǒng)”浮標(biāo)站3個新建浮標(biāo)在青島奧帆賽海域布放完成，并開始進行這一海域的海洋環(huán)境監(jiān)測。建設(shè)浮標(biāo)站（在青島近岸海域布放浮標(biāo)）是“2008年奧運會青島帆船賽區(qū)海洋水文、水質(zhì)監(jiān)測暨預(yù)報系統(tǒng)”的一個重要組成部分。新布放的3個浮標(biāo)是引進國外先進的多參數(shù)海洋環(huán)境監(jiān)測浮標(biāo)，這種型號浮標(biāo)曾成功應(yīng)用于2000年悉尼和2004年雅典兩屆奧運會。浮標(biāo)上的儀器將風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、氣溫、波高、周期、波向、水溫、鹽度、流速、流向、溶解氧、ＰＨ值、濁度等多項海洋水文、氣象、水質(zhì)要素通過海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)和ＧＰＲＳ通信系統(tǒng)傳輸?shù)皆O(shè)在國家海洋局北海預(yù)報中心的浮標(biāo)岸站，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理可供比賽等參考使用。另外，國家海洋局北海分局還提供一個波浪浮標(biāo)，已布放在比賽海域，收集波高、波向、波周期等海域波浪要素資料。另提供的一個水下波流測量系統(tǒng)，觀測波高、波向、周期、流速、流向等要素，對青島奧運賽場海域海洋環(huán)境進行實時、定點、連續(xù)監(jiān)測。該系統(tǒng)是青島市政府和北海分局為辦好2008年奧運會青島帆船帆板比賽共同投資建設(shè)的。這一系統(tǒng)主要包括六部分建設(shè)內(nèi)容：浮標(biāo)站、高頻測流站、移動監(jiān)測車和監(jiān)測船定制、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、海洋預(yù)報中心及前期海洋環(huán)境基礎(chǔ)調(diào)查。它在青島市現(xiàn)有的海洋環(huán)境監(jiān)測預(yù)報能力基礎(chǔ)上，完善和建設(shè)符合奧運帆船比賽要求的海洋水文、水質(zhì)監(jiān)測暨預(yù)報系統(tǒng)，保障2008年奧運會青島帆船帆板比賽的順利舉行。2008年奧運會奧帆賽場浮標(biāo)站建設(shè)完成32奧帆賽場浮標(biāo)站

奧帆賽場浮標(biāo)站33第三節(jié)海洋遙感技術(shù)遙感技術(shù)：指的是把傳感器裝載在人造衛(wèi)星、宇宙飛船、飛機、地面等工作平臺上，對海洋進行遠距離非接觸觀測，取得海洋景觀和海洋要素的圖像或數(shù)據(jù)資料，實際上是人的感覺器官的擴展和延伸。第三節(jié)海洋遙感技術(shù)遙感技術(shù)：指的是把傳感器裝載在人造衛(wèi)星、34歷史：航空攝影航空遙感衛(wèi)星遙感歷史：航空攝影航空遙感衛(wèi)星遙感35海洋遙感是空間技術(shù)應(yīng)用于海洋研究的一門技術(shù)。始于：第二次世界大戰(zhàn)期間。用于河口的海岸制圖和水深測量。第一次大規(guī)模使用是美國于1950年海灣考察第一次用衛(wèi)星探測海洋：美國1960氣象衛(wèi)星“泰羅斯－１”號海洋遙感是空間技術(shù)應(yīng)用于海洋研究的一門技術(shù)。36海洋衛(wèi)星軍用海洋監(jiān)測衛(wèi)星綜合海洋觀測衛(wèi)星海洋學(xué)研究衛(wèi)星作用環(huán)境研究、監(jiān)測、預(yù)報資源開發(fā)利用和環(huán)境保護海洋綜合管理、防災(zāi)與減災(zāi)定位、導(dǎo)航和軍事中國第一顆海洋探測衛(wèi)星發(fā)射/76/13/news200871376.shtml

/gn/2011/08-16/3262314.shtml

海洋衛(wèi)星軍用海洋監(jiān)測衛(wèi)星綜合海洋觀測衛(wèi)星海洋學(xué)研究衛(wèi)星作用環(huán)37一、遙感工作平臺（一）地面工作平臺觀測站、觀測塔、觀測車、觀測船南沙群島－永暑礁海洋觀測站位于北緯9度37分,東經(jīng)112度58分,距中國大陸約740海里，1988年8月2日竣工海平面測量/doc-view-6590

一、遙感工作平臺（一）地面工作平臺南沙群島－永暑礁海洋觀測站38（二）航空工作平臺飛機、無人駕駛飛機、氣球、探空火箭（二）航空工作平臺39（三）航天工作站人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機（三）航天工作站40高度像片測地時間范圍航空10ｋｍ10～30ｋｍ３10多年有限衛(wèi)星幾萬ｋｍ185×185ｋｍ318天無限航空攝影與衛(wèi)星遙感對比高度像片測地時間范圍航空10ｋｍ10～30ｋｍ３10多年有限41二、遙感傳感器（一）可見光傳感器0.38～0.78μｍ借助于可見光實現(xiàn)遙感的儀器。傳感器：照相機、多光譜照像機、多光譜掃描儀、水色掃描儀、電視攝像系統(tǒng)。精度：民用的可達分辨率0.60ｍ，一般10ｍ～60ｍ。作用：云圖、海水、海岸形狀、岸流、波浪、淺海水深分布、海島、水色、透明度、葉綠素等二、遙感傳感器（一）可見光傳感器0.38～0.78μｍ42照相機多光譜掃描儀水色掃描圖電視攝像系統(tǒng)照相機多光譜掃描儀水色掃描圖電視攝像系統(tǒng)43（二）紅外傳感器0.78μｍ～1ｍｍ紅外傳感器：工作在紅外波段的傳感器傳感器：紅外掃描儀紅外波長的方法反射紅外熱紅外精度：±0.2℃作用：全天候的水溫監(jiān)測（二）紅外傳感器0.78μｍ～1ｍｍ44（三）微波傳感器微波1ｍｍ～30ｃｍ傳感器：微波輻射計、散射計、雷達高度計、俯視雷達、合成孔徑雷達等方法無源有源被動，本身無電磁波發(fā)射源主要，本身有電磁波發(fā)射源（三）微波傳感器微波1ｍｍ～30ｃｍ方法無源有源被動，本身45精度：波浪±10ｃｍ，流速±20ｃｍ／ｓ風(fēng)速±1.7ｍ／ｓ，風(fēng)向±17°作用：海水鹽度、海冰厚度、海面風(fēng)速、波浪、流速、風(fēng)向、海面油膜分布、大氣參數(shù)等。具有全天時、全天候的能力。精度：波浪±10ｃｍ，流速±20ｃｍ／ｓ46微波輻射計散射計合成孔徑雷達衛(wèi)星高度計地面雷達微波輻射計散射計合成孔徑雷達衛(wèi)星高度計地面雷達47三、遙感信息處理目的是將獲取的信息變成可供用戶使用的信息方法：電子光學(xué)影像增強技術(shù)、計算機信息處理技術(shù)四、遙感技術(shù)在海洋中的應(yīng)用（1）海洋氣象學(xué)（2）海洋水文學(xué)（3）海洋生物學(xué)（4）海洋漁業(yè)（5）海洋環(huán)境監(jiān)測（6）海洋航運（7）海洋工程/NewSite/Index.aspx

三、遙感信息處理.c48水聲技術(shù)的由來1490年，意大利達芬奇的聽測管1826年，瑞士法國的科學(xué)家測到聲波在水下的傳播速度是1435m/s1912年，泰坦尼克號沉沒，英國科學(xué)家里查遜提出利用聲波在空氣和水中探測障礙物。1913年，美國費森登制造了超聲波回聲探測儀，開始了水聲技術(shù)海中探測的時代。第四節(jié)水聲探測技術(shù)水聲技術(shù)的由來第四節(jié)水聲探測技術(shù)49水聲技術(shù)：研究和開發(fā)海洋所用的聲學(xué)技術(shù)。聲納系統(tǒng)：利用水下聲波的傳播特性來進行水中目標(biāo)探測、識別、定位、導(dǎo)航和通訊的設(shè)備系統(tǒng)。聲納是英文Soundnavigationranging的縮略語SONAR的譯音，意即“聲音導(dǎo)航測距”，已成為水下聲波導(dǎo)航與定位設(shè)備的簡稱。聲納是目前最有效的水中探測和通信設(shè)備，它利用聲波在水中的傳播特性，通過電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，對水中目標(biāo)進行傳感探測，其功能與雷達相似，廣泛用于水下警戒、武器射擊、偵察、通信、導(dǎo)航、探魚、海底礦藏勘探等。聲納種類繁多，性能各異。水聲技術(shù)：研究和開發(fā)海洋所用的聲學(xué)技術(shù)。50聲納的工作原理是回聲探測法。這個方法是在第一次世界大戰(zhàn)期間研究出來的。用送入水中的聲脈沖探測目標(biāo),聲脈沖碰到目標(biāo)就反射回來,返回聲源(有所減弱)后被記錄下來。如果知道脈沖的往返時間,并且知道超聲在水中的傳播的速度,就可以很精確測定出目標(biāo)的距離。

聲波在水中的傳播速度隨水的溫度、鹽度和壓力而變化。常溫時，淡水中的聲速為1450米/秒，海水中聲速的典型值為1500米/秒。如測得聲波在水中往返的時間為3秒，則在海水中的深度為2250米；在淡水中的深度為2175米。聲納的工作原理是回聲探測法。這個方法是在第一次世界大戰(zhàn)51一、主動聲納一種有源聲納，它利用一組換能器發(fā)射超聲波信號，通過自身或另一組換能器從目標(biāo)反射回來的信息來測目標(biāo)的參數(shù)和性質(zhì)?；芈暅y深儀側(cè)掃聲納探魚儀聲學(xué)多普勒海流計一、主動聲納回聲測深儀側(cè)掃聲納探魚儀聲學(xué)多普勒海流計52（一）回聲測深儀echo-sounder

利用聲波反射的信息測量水深的儀器。回聲測深儀的工作原理是利用換能器在水中發(fā)出聲波，當(dāng)聲波遇到障礙物而反射回?fù)Q能器時，根據(jù)聲波往返的時間和所測水域中聲波傳播的速度，就可以求得障礙物與換能器之間的距離。

種類：升沉補償測深儀、拖曳式測深儀、多波束測深儀（一）回聲測深儀echo-sounder53水深計算：Ｈ＝ｃｔ／２＋ＤＨ水深ｃ聲速Ｄ換能器吃水深度水深計算：Ｈ＝ｃｔ／２＋Ｄ54（二）側(cè)掃聲納一種用聲波來探測海洋內(nèi)部環(huán)境的有效系統(tǒng)，又稱“旁視聲納”或“海底地貌儀”。其工作原理類似于空中拍攝的大地測繪照片：由隨船行進的拖魚產(chǎn)生兩束與船行進方向垂直的扇形聲束,聲波碰到海底或礁石、沉船等物體就被反射回來,或者是受到海水密度、溫度的影響而傳播方向和速度發(fā)生改變,反射回來的信號由拖魚接收系統(tǒng)接收、轉(zhuǎn)換放大,然后由處理器以圖像的形式記錄、顯示反射和散射信號。所以,對側(cè)掃聲納圖像進行處理和分析,就可以得知海洋的環(huán)境狀況。

種類：進程、中程、遠程

（二）側(cè)掃聲納55組成：拖曳體拖纜絞車收放裝置發(fā)射接收系統(tǒng)終端記錄裝置組成：拖曳體拖纜絞車收放裝置發(fā)射接收系統(tǒng)終端記錄裝56測掃聲納示意圖換能器向側(cè)面海底輻射聲脈沖，波束扇面照射海底成狹長窄帶．到達海底的聲脈沖被海底反射回來，反射波被收到時間先后恰與海底遠近想對應(yīng)測掃聲納示意圖換能器向側(cè)面海底輻射聲脈沖，波束扇面照射海底成57（三）探魚儀

探魚儀是根據(jù)水下聲納探測原理研制的探尋水中魚情的電子儀器。它具有連續(xù)自動掃描監(jiān)測功能和過去十秒內(nèi)記錄連續(xù)顯示功能。數(shù)字顯示水底深度，能探知魚群活動水層的深度以及魚群出現(xiàn)的頻繁程度、魚或魚群的相對大小等。有規(guī)則地移動聲納傳感器探頭的位置，則可以探測水底凹凸地形狀況、分辨水底沙石或淤泥等。

種類：垂直探魚儀、水平探魚儀、高分辨率探魚儀（三）探魚儀58（四）聲學(xué)多普勒海流計、多普勒導(dǎo)航儀

多普勒效應(yīng)（Dopplereffect）是為紀(jì)念奧地利物理學(xué)家及數(shù)學(xué)家克里斯琴·約翰·多普勒（ChristianJohannDoppler）而命名的，他于1842年首先提出了這一理論。多普勒認(rèn)為，物體輻射的波長因為波源和觀測者的相對運動而產(chǎn)生變化。在運動的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高(藍移(blueshift))。在運動的波源后面，產(chǎn)生相反的效應(yīng)。波長變得較長，頻率變得較低(紅移(redshift))。波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應(yīng)越大。根據(jù)光波紅/藍移的程度，可以計算出波源循著觀測方向運動的速度。除非波源的速度非常接近光速，否則多普勒位移的程度一般都很小。所有波動現(xiàn)象(包括光波)都存在多普勒效應(yīng)。（四）聲學(xué)多普勒海流計、多普勒導(dǎo)航儀多普勒效應(yīng)（Dop59

多普勒效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)1842年德國一位名叫多普勒的數(shù)學(xué)家。一天，他正路過鐵路交叉處，恰逢一列火車從他身旁馳過，他發(fā)現(xiàn)火車從遠而近時汽笛聲變響，音調(diào)變尖，而火車從近而遠時汽笛聲變?nèi)?，音調(diào)變低。他對這個物理現(xiàn)象感到極大興趣，并進行了研究。發(fā)現(xiàn)這是由于振源與觀察者之間存在著相對運動，使觀察者聽到的聲音頻率不同于振源頻率的現(xiàn)象。這就是頻移現(xiàn)象。因為是多普勒首先提出來的，所以稱為多普勒效應(yīng)。

多普勒效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)60多普勒海流計：用于測量海流速度的儀器。以海底和海水作為聲源參照物，從船上向海中發(fā)射頻率穩(wěn)定的聲脈沖信號，當(dāng)聲波到達海底，相對運動船上的聲源，就會產(chǎn)生多普勒頻移，由船上的接收器接收海中和海底的聲散射信號，通過計算機就可獲得各層海水流動的速度。即利用相對運動物體的多普勒頻移原理，將測得的頻移量轉(zhuǎn)換成速度。海洋調(diào)查和探測技術(shù)課件61

多普勒導(dǎo)航儀（多普勒聲納）

根據(jù)多普勒效應(yīng)，若船只和海底有相對運動，回波信號就會產(chǎn)生頻移。同時測量4個波束中由于船只對海底相對運動而出現(xiàn)的頻移，經(jīng)信號處理后，就可精確地測出船只對海底的運動速度，并畫出航跡來。多普勒聲吶也是一種引導(dǎo)大型船只靠岸的有效工具。

海洋調(diào)查和探測技術(shù)課件62二、被動聲納被動聲納：只接收聲源信號而不發(fā)射信號的聲納。這類聲納根據(jù)水中目標(biāo)所輻射的噪音或聲源所發(fā)出的聲信號來判斷發(fā)聲體的位置和特性。作用：①監(jiān)視魚群動態(tài)；②監(jiān)測水下地震③水中艦船、潛艇二、被動聲納63三、動態(tài)定位和井口重入技術(shù)動態(tài)定位系統(tǒng)：在海底放一個水聲應(yīng)答器作為基準(zhǔn)點，同時在船上布放三個水聽器進行應(yīng)答測距。在下鉆作業(yè)時船上向基準(zhǔn)點應(yīng)答器發(fā)出脈沖，應(yīng)答器收到信號之后發(fā)出回答脈沖，這回答脈沖被船上的三個測距水聽器收到，這時可以測出三個水聽器與基準(zhǔn)應(yīng)答器的距離。三、動態(tài)定位和井口重入技術(shù)64海洋調(diào)查和探測技術(shù)課件65四、水聲通訊技術(shù)水聲通訊技術(shù)：是一類無纜的水下信息傳輸設(shè)備，它通過海水介質(zhì)，以應(yīng)答或自動方式，實時地傳輸各類傳感器的輸出數(shù)據(jù)至岸站、指揮船或水面浮標(biāo)。通過水聲信息傳輸，實現(xiàn)水下開關(guān)、數(shù)據(jù)調(diào)整等遙控功能。四、水聲通訊技術(shù)66（一）水聲通訊機利用聲波在水中傳遞信息以達到通信聯(lián)絡(luò)的設(shè)備。發(fā)射器接收器接收器發(fā)射器方式一種是載波語言調(diào)制聲波或直接輻射語言聲波一種為數(shù)字編碼通訊，為水聲設(shè)備中常用作指令和控制的通訊方式。（一）水聲通訊機發(fā)射器接收器接收器發(fā)射器方式一種是載波語言調(diào)67（二）水下圖像傳輸即用水下電視攝像機攝取圖像，再通過海水信道傳送到水面（二）水下圖像傳輸68（三）水聲遙測系統(tǒng)通過測量儀器把所要測量的水下環(huán)境參數(shù)變換成水聲信息，傳到處理船或岸站上來。(四)水聲遙控系統(tǒng)把指令或控制信號變成水聲信號，以達到控制水下作業(yè)儀器的目的。（三）水聲遙測系統(tǒng)69五、海洋聲層析術(shù)marineacoustictomography

利用聲學(xué)方法在大范圍海域測量海域動力特性的一種遙感技術(shù)。利用海中聲速傳播與海水溫度、鹽度、密度的關(guān)系，根據(jù)聲傳播時間的變化，反過來演算海洋中溫度、鹽度、密度分布狀況。近似于醫(yī)學(xué)上的CT成像術(shù)。五、海洋聲層析術(shù)marineacoustictomogr70海洋層析測量時，在所測量的水域周圍，布設(shè)若干個水聲發(fā)射和接收換能器，一些換能器發(fā)射聲信號，另一些接收聲信號，并精確測量聲波的傳播時間，計算聲波傳播的速度。換能器數(shù)量愈多，穿過水團的聲線愈多，獲得的信息就愈多。利用電子計算機對取得的平均速度和往復(fù)速度差進行逆運算，就可以求出多個換能器包圍的水域中的溫度、鹽度、流速、