海洋探测传感器的发展及前景展望

摘 要 随着海洋探测传感器技术的进一步发展，以及面对当前国际形势，我国亟需加速壮大海上力量的迫切局面，本文以海洋探测传感器及其在海洋领域的发展和应用为主题，概要介绍了海洋探测传感器及其系统组成，列举了海洋探测传感器的主要类型产品及关键技术，根据海洋探测传感器的发展情况，介绍了主要应用领域，并对海洋探测传感器的未来发展作出展望。

【关键词】海洋探测传感器 海洋领域 发展现状

1 引言

海洋是科学研究的重要场所，也是自然资源的宝藏。海洋环境是地球环境的重要组成部分，也是全球生命支持系统的重要组成部分。它同时在全球水循环、气候变化中起到重要作用。为了更好的了解海洋，我们需要对海洋进行探测，收集关于海洋的各种参数并对其进行研究。

传感器技术是21世纪局部战争中高新技术武器和装备的重要支撑技术。近年来，高技术在局部战争中显示出巨大威力，深刻影响着许多国家的建军方向，各国都在争先恐后地加快科技建军的步伐，增加科技经费，发展高技术兵器。美国把技术优势看作比直接使用武力更有效的威慑手段，强调必须努力保障在技术上拥有“领先一代”的巨大优势。日本把技术优势视为国家安全的基石，在与国防相关的一些关键技术领域已达到或超过世界先进水平。依靠科技进步，推动军队建设，已成为世界各国的共识。适应科技发展，走科技强军道路业已成为世界各国家努力追求的目标。

传感器是测量和记录被探测物体的电测波特性的工具，是海洋探测技术系统的重要组成部分。本文将介绍海洋探测传感器的发展情况。

2 海洋探测传感器简介

传感器能够测量不同波段的海面反射、散射或自发辐射的电梯波能量，通过对携带信息的电梯波能量的分析，人们可以反演某些海洋物理量。

目前用于海洋观测的所有卫星传感器，均根据电磁辐射原理获取海洋信息。遥感技术所使用的电磁波段主要为可见光、红外和微波。

传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具。它的性能决定遥感的能力，即传感器对电磁波段的响应能力、传感器的空间分辨率及图像的几何特征、传感器获取地物信息量的大小和可靠程度。

用于海洋探测的传感器按工作方式可分为主动式和被动式。被动传感器如可见光红外扫描辐射计、微波辐射计等；主动式如微波高度计、微波散射计、合成孔径雷达等。

3 海洋探测传感器的发展

传感器的种类很多，目前用于海洋研究的传感器主要有：海色传感器、声纳传感器、惯性传感器、红外传感器、微波高度计等。

3.1 海色传感器

可见光和近红外辐射计在海色卫星上主要用于探测海洋表层叶绿素浓度、悬移质浓度、海洋初级生产力、漫射衰减系数以及其他海洋光学参数。

可见光和红外波段的宽带辐射计一般装载在气象卫星和陆地卫星上。例如，我国“风云一号”气象卫星装载了多通道可见光和红外扫描辐射计MVISR，美国NOAA气象卫星装载了改进型高分辨率辐射计AVHRR，还装载了用于探测大气层垂直空气柱的剖面温度和湿度等物理量的泰罗斯垂直探测装置TOVS。

3.2 声纳传感器

美国多年来十分重视深海的研究，美国海军认为应该加强近海、沿海的军事行动的对策。在这些应用中，声纳所处的工作环境相当恶劣，而且通道的发展直接受到限制，存在不同的反射源和其他自然噪声。从无源声纳中提取的有用信息，再返回到这一环境中是非常具有挑战性的。要求进行大量资源手段和算法。增加计算机计算能力是一个重要的发展方向，其工艺技术不断地完善和改进，提高在沿海区域的作战能力，随时间的持续将会出现重大的改进。

沿海地区环境中的大量强噪声源可以用作声谱的天然参考源。它可以进行无源声学成像，直接模拟普通的光学成像（电视），或进行毫米波无源RF成像。

3.3 惯性传感器

惯性传感器测量相对于惯性空间的传感器的线性和旋转加速度，始终伴随一些机械现象的发生。在这方面明显的发展趋势是通过MEMS技术和光技术实现小型化、固态化。一般来说，惯性传感器由机械、电的或者磁力限制的简单的静态和旋转质量块构成。通过测量限制或测量电流的变化允许产生的微小的机械位移对加速度敏感，以便使敏感质量快保持在与悬臂梁结构或局部的参考结构相对的初始位置。

MEMS技术可以把敏感质量快做得很小，使其成为硅片的一个集成的部分来生产，它包括具有自测试功能、自校功能和自调节信号功能的敏感电路。除了MEMS技术以外，通过采用激光和光纤陀螺，光电子器件已经大量应用于角加速度传感器的制作中。但是仍然没有达到最好的机械式陀螺的水平，激光陀螺和光纤陀螺虽然比机械式陀螺的成本低、结构紧凑，但是在现今的航空电子设备中和导弹制导应用中的主要性能方面还不能完全符合要求。

3.4 红外传感器

红外辐射计在气象卫星和海洋卫星上用来遥感海面上空水汽含量、大气剖面温度和湿度以及海洋表面温度等。红外辐射计的光谱通道设在3.7μm、11μm、12μm。欧空局ERS1/2卫星携带的沿轨迹扫描辐射计ATSR具有11μm和12 μm两个热红外通道。

与AVHRR相比，ATSR有重要改进，采用了锥形扫描技术，使地球表面同一地点从不同角度（0o和55o）测量两次（时间间隔约2.5min），利用多通道、多角度以改善大气校正；采用两个稳定性很高的黑体作星上辐射量定标，以提高辐射定标精度，克服AVHRR测量中天空辐射不为零的影响；利用新型的主动冷却装置使探测器的温度保持在90K左右，以降低探测器噪声；近红外通道1.6μm，用于在白天探测云。另外，根据1.6μm通道观测的辐射亮度，1.6μm与3.7μm自动交替工作。

此外，海洋探测传感器还包括微波高度计、微波散射计、合成孔径雷达、微波辐射计等。

4 海洋探测传感器的前景展望

21世纪是海洋世纪，随着国际安全形势的发展变化，世界各国尤其是海上大国特别注重发展海上装备。随着光电技术、生物计算机等先进信息技术、新材料、新能源等高技术的进一步发展，2l世纪海洋探测装备将向灵巧化、小型化方向发展，可能出现能在水下、水面、阻地、空军作战的多栖作战平台，海军武器装备和海洋探测方式将产生质的变化。

总之，信息技术的发展将逐步改变海洋探测的方式，海洋探测传感器的发展会更加注重利用信息技术实现各种探测设备的综合集成，最终实现从“平台为中心”向“网络为中心的转变”。

作者单位

1.海军驻哈尔滨703所军事代表室 黑龙江省哈尔滨市 150000

2.中国电子科技集团公司第四十九研究所 黑龙江省哈尔滨市 150001