夏学知等：深海信息体系构想及关键技术

深海因其具有丰富的资源、广阔的空间，以及所蕴藏的巨大的政治、经济、军事、科研和生态环境价值，成为21世纪大国必争之地。随着人类对海洋开发需求的不断增长，以及物联网、云计算、大数据、移动互联等新一代信息技术的快速发展，利用信息技术提高人类“认识海洋、经略海洋、管控海洋”的能力已经成为推进海洋事业发展的重要动力。我国将处理好海洋军事、经济和科技的关系，选择走合作、开放的道路，通过科技先行力求脱颖而出，争取海上的引领地位。近年来，我国逐步开展并深入实施深海大洋科学调查、资源勘探开发、战略资源防护等海洋权益利用和维护工作，由此对“认识海洋、经略海洋、管控海洋”提出了全新的要求。与之对应，海洋信息化建设及应用成为亟需重点发展的领域，深海信息化与智慧化也成为“数字海洋”的重要发展方向。随着大深度载人平台、无人运载器、深海预置装置等大型海洋装备的研制成功和陆续投入应用，同步规划发展深海信息体系、开展深海信息化建设，已成为当务之急。
一、面临问题深海信息体系是由功能上相互联系、相互作用，性能上相互补充的多种信息设施组成，其体系要素（各类感知装置、作业平台、作业指挥调度管理功能系统等）通过多种通信手段互联互通，并与岸基、空中、水面的其他平台/系统互连互通，形成具备广域信息获取、处理、共享的体系，由此保障深海作业人员/平台对信息获取与利用的需求。深海信息体系需要面向军民应用需求，整合各类信息资源，提升深海信息感知和共享能力。受深海物理场特性和深海装备能力限制，深海信息体系构建面临着一系列难点问题（见表1）。表1 深海信息体系构建的主要难点   

                               
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* Y3 [! M8 q; H& |% F% Y二、初步设想
6 ?4 ~- j1 K4 S" K8 ^1 c6 t; Z聚焦深海信息的观测、利用、管理和保障需求，提出了深海信息体系建设的初步设想。深海信息体系包含深海信息感知、深海信息传输、深海作业管理、深海综合保障、深海安防5个方面，涉及的要素有：依附深海平台/单元的探测、通信、导航、指挥控制、支援保障等设施，依附深海及海底的探测、导航、通信等设施，信息、法规、条令等外部资源。1.深海信息感知系统，主要由海底固定、深海浮标、深海平台（有人/无人）配置的各类传感器组成，具备水声、光学、电磁场等多类信息收集与感知能力，用于平时水下环境信息收集和水下目标的侦听、水下探测，以满足对特定深海区域的全天候、全频域信息感知需求。还可与海面和空中甚至天基感知体系互联，在更大体系层面发挥感知作用。2.深海信息传输系统，主要由海底固定光纤通信、水下甚低频（VLF）和超低频（SLF）通信、水下无线射频通信、水声扩频通信、水下激光通信、水下中微子通信等设备，以及浮标式数据链和卫星通信天线等组成。用于深海感知和控制信息的传输，以及与海面、空中、岸基和天基信息系统的互联互通。3.深海作业管理系统，主要包括深海空间站、无人水下航行器（UUV）和自主式水下航行器（AUV）、深海预置装置、深海作业工具以及作业管理和指挥控制系统。深海空间站载荷能力大（数百至数千吨），可以携带功能广泛的作业潜水器及作业工具在1000～3000 m水域进行深海工程作业。UUV和AUV具有轻型、中型和重型多个类别，可以执行海洋调查、海洋探测、水下运输、布雷与猎雷、情报侦察等任务。深海预置装置可为深海移动平台提供能源补给、导航定位与对时条件。深海作业工具是拓展深海运载器作业能力、提升深海科学考察能力的重要手段，可以根据具体的探索任务、科研目标来进行差异化配置。作业管理和指挥控制系统是构建深海信息体系的核心，部署于深海作业平台，执行体系资源综合管控、多源信息处理、综合信息管理、单平台/集群作业指挥调度、作战指挥控制、安全防卫管控等任务。4.深海综合保障系统，主要包括海洋地理环境、海洋水文气象、基础数据建设保障以及海洋工程建设、搜索救援、导航定位信息服务。在与我国利益相关的深远海域，加快建立深远海域水文信息大数据系统，为权益维护提供信息支持。5.深海安防系统，主要包括深海固定监测网、大面积机动监测网等深海警戒监测设施，以及执行警告、干扰、拦截、驱离任务的深海防卫设施，由此满足重要海域水下安全防护、深水重要设施防护、以及反潜预警的能力需求。三、关键技术分析1. 深海探测技术发展新型探测、深海多平台探测、组网协同探测技术，大幅提高探测范围；发展新型持久机动+固定式深海探测技术，加强深海要道监控能力；发展水下/深海无人平台组网探测技术，提升大范围持久机动多维网络监视侦察能力；加强有人+无人系统平台的协同探测技术，建立多维空间网络无人值守能力。2. 深海通信技术

构建海底多元化网络化体系，拓展跨介质等新型技术运用。发展传输速率大、传输距离远、可靠性高的深海水声通信传输新手段和新装备，综合利用海光缆、浮标、水声通信组网，借助水下无人平台作为移动中继节点，实现广阔海域范围的水下信息传输；整合广阔海域范围内的各种平台、系统和岸基基站等通信资源，构建多平台、多手段、多元化、网络化、体系化的深海信息传输系统，为构建从深海到太空的一体化体系提供更多的通信支持。3. 深海导航技术

7 v1 L# F& Y0 _( ]  Z发展水下地磁匹配导航技术，根据载体所在位置的地磁场总量或三分量信息、地磁图信息，获得精确的导航信息；发展全球海洋水下定位技术，通过水声通信结合卫导导航系统，为深水平台提供类似全球定位系统（GPS）/中国北斗卫星导航系统（BDS）的精确定位能力；发展量子导航技术，提高导航精度；发展探测/通信/导航一体化智能信息处理技术。4. 深海作业控制技术

发展深海作业控制体系设计与深海数据资源建设、多源信息智能处理与按需保障、深海平台资源智能管控、协同感知与任务动态规划、集群作业协作与自主控制、深海海洋特性、目标特性库管理等技术，构建深海立体透明感知、跨域信息共享、安全可靠的智能化深海装备体系。由此建立深海装备单平台、多平台、集群的多级综合集成与作业控制能力，支撑深海信息体系和深海数据资源体系的建设和应用。四、发展建议在我国“深海进入、深海探测、深海开发”三步走发展战略实施过程中，高效安全的深海信息体系始终是深海开发利用的关键支撑。立足基本国情、技术现状和未来需求，针对性地提出以下发展建议。1. 加强深海信息体系顶层规划

' O7 M& I7 A* j加强顶层设计，注重体系协调发展，提升深海体系能力。发展深海探测、导航、通信系统，发展资源管控、任务规划、作业管理决策、指挥控制任务系统，发展自主智能航行、自主智能作业、自主智能防卫系统，加强深海数据体系工程和平台自主能力建设；发展有人/无人协同、无人集群协同、跨体系协同（协同态势感知与评估、协同任务分配、协同航路规划、协同航行控制、协同智能决策）系统，加强平台协同自主能力建设。2. 加强深海装备型谱规划

规范信息装备型谱，指导系列化的设备研制，适应不同规模、不同任务的深海装备部署要求。建立信息收集、信息交换、信息控制等方面标准规范，支持体系内部、体系之间的综合集成。3. 加强关键技术攻关和设备研制

- ^1 ]+ T' Y6 [) U- a$ v' V+ @提前布局制约体系发展的重点攻关方向，加强量子探测、多基地组网探测，水下综合导航定位授时、重力场导航，以及平台自主智能控制、集群联合感知与智能自主协同、海洋大数据分析利用等关键技术研究，为深海设备发展和体系建设提供关键支撑。
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文章来源：节选自《

深海信息体系构想及关键技术

》，原刊于《中国工程科学》2019年06期
/ `# K; c! _4 s) _% A& w作者：夏学知，中国船舶重工集团有限公司第七〇九研究所研究员；陈雁飞，中国船舶重工集团有限公司第七〇九研究所；曹江丽，中国船舶重工集团有限公司第七〇九研究所