声学深拖：海底探测添“利器”

最近，中国科学院声学研究所承担的“6000米声学深拖系统的适应与维护”课题通过了中国海洋矿产资源研究开发协会办公室组织的验收。

这标志着中国在国际海洋资源调查和开发领域的又一“利器”。

让海底勘探不再“雾中见花”

在海洋中，光波和无线电波不能远程传输，声波成为有效探测的主要手段。

多年来，中国科学院声学研究所独立开发了许多能够“拍摄”海洋CT图像的设备，声学深拖系统就是其中之一。

“声学深拖系统的主要功能是对海底地形、浅层地层剖面和海底附近水体的物理和化学参数进行长期和实时探测。它可应用于海洋开发和矿产资源调查、海上油田区域探测、海洋工程等领域。它还可以用来搜索深海特征，并与大型设备操作相配合。”中国科学院声学研究所的研究员刘啸东说。

之所以称之为“深拖”，是因为它不能自己移动，必须由母船拖着走。母船通过绞车和10000米光电复合缆连接到声学深拖系统的压载上，然后通过大约50米长的中性浮缆连接到声学深拖系统的拖曳平台上。拖航平台装有多个探测海底地形、地貌和浅层的声纳和多个探测海洋环境参数的传感器，母船装有定位拖航平台的水下定位系统。当拖曳平台在海床附近下降时，可以精细地探测海床和水体。

在海里被拖走的风险并不小。中国科学院声学研究所副研究员张东升有着丰富的经验:去年，他利用“科学”号上新开发的声学测深技术，对冲绳海槽热液区进行了地形和地貌调查。在海山陡峭且地形变化很大的地方，“如果缆绳收集缓慢，拖体可能会撞到海山，损害很小。我最担心的是海山会挂掉缆绳，拖带体会丢失”。

升级改造提高国产化率

刘啸东告诉记者，“6000米声学测深系统的适应和维护”课题是在“十五”期间“863”计划和海洋工程共同支持的“高分辨率测深侧扫声纳系统”课题的基础上提出的。

2004年，他们完成了基于高分辨率测深侧扫声纳的声学测深拖曳系统的开发，并于2006年12月通过验收。“但当时，该系统的设计工作深度最大为4000米，只能探测海底深度和侧面扫描数据，还没有经过实际应用的测试。”刘啸东坦率地说道。

经过两年的试运行，特别是2008年，实际投入光缆线路勘测工作，实际牵引勘测线路640公里，被拖体在水下最多连续工作116小时，结果满足用户要求。此后，中国大洋协会办公室决定支持该系统的改造，以使该系统的功能更加符合实际需要。

系统升级的难度不亚于最初的开发。刘啸东说，第一个困难是如何使多个声纳和传感器设备以协调、有序和有质量保证的方式工作。二是提高系统的本地化率，尽可能减少进口部件的数量，便于系统维护。

经过5年多的努力，“DTA-6000”声学深拖系统终于研制成功，最大工作水深6000米，能够满足海洋调查任务的需要。

中国大洋协会的相关官员表示，在升级过程中，该系统经历了多次湖试和海试。其中，2013年中国远洋第29次航行完成了试点申请。首次在海洋和山区同时获得了微地形地貌数据和浅层剖面数据。通过2014年的精度评估，确定声纳测深精度达到了国际水文组织的优质标准。

具有独立产权的声纳设备

与原系统相比，升级后的系统可以同步采集海底附近的水深、横向扫描和浅层剖面数据，大大提高了探测效率。同时，采用基于远程超短基线定位系统、DVL和运动传感器的导航定位系统，显著提高了系统的定位精度；能够携带额外的传感器；它可以适应许多科研船，提高系统的可用性。

中国大洋协会相关负责人表示，随着DTA-6000声学深拖系统的应用，更多深海海底之谜将被清晰揭示。

这也是刘啸东及其声学深拖系统研发团队的共同愿望。

虽然声学深拖系统首次出现在国外，但目前国外有两三个主流品牌。自2001年以来，中国科学院声学研究所主持开发了两代声学深拖系统，包括中国大洋协会的DTA-6000声学深拖系统和中国科学院海洋研究所的海洋勘探声学深拖系统，分别于2015年初和2014年末通过验收测试。

该团队在声学测深系统的研究、开发和应用方面拥有15年的经验，设计了各种具有独立知识产权的海洋声学设备，包括新的高分辨率测深侧扫声纳、自动潜航器声学探测系统和全海洋测深多波束测深系统，以及声学测深系统。

刘啸东表示，下一步，他们将主要开展高分辨率测深侧扫声纳的数据处理和应用、全水深多波束测深系统工程等研究工作。