现代通信技术在海洋地质调查中的应用
(广州海洋地质调查局广州510760)
第一作者简介:盛宴，男，1973出生，工程师，主要从事海洋地质调查工作，参加过105-15海洋调查、天然气水合物资源调查，参加过863、126和海洋课题的研究工作。
声学通信技术、ADSL通信技术、卫星通信技术、局域网通信技术等现代通信技术在当今海洋地质调查中得到广泛应用。本文介绍了几种主要现代通信技术的原理及其应用实例。
现代通信技术，海洋地质调查，声学通信技术，卫星通信技术，ADSL通信技术
1前言
现代海洋地质调查日益成为各种高新技术的综合应用平台，如海洋(水下)设备、传感器等。)、陆地(测量船、作业平台等。)和空中(GPS定位、卫星通信等。).特别是随着卫星通信技术、移动通信技术、网络通信技术和计算机信息技术的快速发展，各种现代通信技术在海洋地质调查中得到广泛应用(图1
图1通信技术应用示意图
图1通信技术App示意图
2海洋地质调查中的应用
当今海洋地质调查广泛使用的现代通信技术包括声学通信技术、ADSL通信技术、卫星通信技术、局域网通信技术和无线电通信技术。
2.1声通信技术的应用
海洋是一个神秘的地方。在海水中，电磁波衰减快，光容易被吸收或散射，因此无线电及其光通信技术很难像在陆地上那样在海水中得到广泛应用。随着现代科技的发展和人类进步的需要，声波在水中的传播特性逐渐形成了一种新的水声通信技术。水声通信是一种高科技的通信技术，整个系统的工作过程比较复杂，需要一系列的信号转换。将数据、字符、声音、图像等信息转换成电信号，然后通过编码器将信息数字化，再通过换能器将电信号转换成声信号。声音信号通过水介质传输到接收换能器，在那里转换成电信号，解码器将数字信息编译成数据、声音、文字和图片。
声学通信技术是无缆海洋调查地质设备的主要通信手段。目前，我国海洋地质调查船上用于声通信工作或控制的典型设备有:多波束(海底地形地貌调查)设备(如SEABEAM2112、SIMRAD EM-3000、EM-950等多波束系统)和测深设备(如SOUND210)。超短基线和长基线水下定位设备(如NAUTRIX USBL系统)、各种典型声纳设备、水声通信调制解调器、PINGER等。都通过声学发射器和接收器(水听器)、声学阵列等发送和接收用数据信号和控制信号调制的声学信号。，从而进行通信和数据采集与控制。
声波在海水中的传播速度是温度、盐度和压力的函数，一般用威尔逊的经验公式计算声速，即C = 1449.14+△CT△CS△CP△CSTP。
公式中，1449.14为常数，代表一个大气压下海水在0℃、盐度为35.00时的声速值。
△CT代表温度变化引起的声速修正值:
△CT = 4.5721T-4.4532 @ 10-2 T2-2.6045 @ 10-4 T3+7.985 @ 10-6 T4
△CS代表盐度变化引起的声速修正值；
△CS = 1.3980(S-35)+1.692 @ 10-3(S-35)2
△CP代表海水压力变化引起的声速修正值:
△CP = 1.60272 @ 10-1P+1.0268 @ 10-5 p2+3.5216 @ 10-9 P3-3.3603 @ 10-12 P4
△CSTP代表盐度、温度和压力同时变化时产生的声速修正值。
上式中，c为声速；t是温度；p是海水压力；s是盐度；z是深度。
声波在海水中传播时，会受到很多因素的影响，不仅是工作频率，还有海水的温度、盐度、各种噪声以及各种障碍物引起的反射和折射。由于海洋中波浪、鱼、船等产生的噪声干扰，声波在海水中传播，同时形成“多路干扰信号”。另外，海水对声波的吸收会导致接收信号的模糊，传输效率和质量都会很高。随着科学技术的发展，跳频通信、伪随机码调制等新技术被用来解决水声通信中的噪声干扰和“多径干扰信号”。但是声波在水中的速度不到光速的1/20万，声音信号在水中的传输速率较低。再加上声波在水中的散射、传输损耗和回波干扰，水声通信距离只有10km左右。
2.2 ADSL通信技术的应用
ADSL(非对称数字用户线)技术，即非对称数字用户环路技术，是XDSL系列铜缆用户使用最广泛的互联网接入技术之一。它通过普通的电话铜线高速传输数据、语音和视频信号。上行采用FSK(频移键控)技术，下行采用DMT(离散多音调制)技术或CAP(无载波幅度/相位调制)技术，为用户提供不对称的传输速率(带宽)。其下行速率在2.048 MB/s-8.19mb/s之间，上行速率约为640 KB/s，ADSL系统主要由市话局端模块和远端模块组成。随着技术的发展，它逐渐成为一种更加便捷的宽带接入技术。ADSL系统是通过在一对普通铜线的两端添加一个ADSL本地设备和一个远程设备而形成的。ADSL调制解调器主要由用于D/A转换的模拟前端、用于调制/解调的数字信号处理器(DSP)以及用于降低数字信号的传输功率和传输错误并利用“网格编码”和“交织处理”实现纠错的数字接口组成(Walter，2000)。ADSL是目前先进的接入技术，有“网络快车”的美誉。由于其速度快、带宽宽、性能优异、安装方便，已成为继MODEM和ISDN之后的一种全新的高效通信技术。
随着海洋技术的发展，ADSL技术已经广泛应用于海洋地质调查设备中，如ROV系统、海底视频采集系统等。以下是“深海彩色数码相机系统”(863项目，广州海洋地质调查局研制)的一个实例，系统框图如图2所示。
图2海底观测系统结构框图
图2海底观测系统结构模块图
“深海彩色数码相机系统”采用原有的CTD铠装钢缆作为传输介质，在甲板控制单元和水下单元分别采用ADSL调制解调器，利用ADSL通信技术实现网络互联，进行视频传输和采集控制。由于抗拉强度、水密性、耐高压性的影响，对铠装电缆的要求非常高。传统铠装电缆带宽低，无法实时无延迟地传输海底高保真视频图像，只能对图像进行有损压缩。现在最新的海底观测和视频采集系统开始使用铠装光缆作为传输介质，大大扩展了其传输带宽，提高了海底观测的实时性和逼真度，使海底视频观测和采集技术向光电通信技术迈进。
2.3卫星通信技术的应用
随着空间卫星通信技术的发展，卫星通信已广泛应用于海洋地质调查，尤其是GPS卫星定位和卫星气象。
GPS(全球定位系统)是一种基于卫星的无线电导航系统，可以为航空、航天、陆地和海洋的用户提供三维导航、定位和授时。GPS由卫星星座(空间部分)、地面监控系统(地面控制部分)和GPS信号接收机(用户设备部分)三部分组成。GPS的空间部分由24颗工作的GPS卫星组成，共同组成GPS卫星星座，其中21为导航卫星，3颗为主动备份卫星。这24颗卫星分布在地球周围6个倾角为55°的轨道上。卫星到地球表面的平均高度为20200km，运行周期约为12恒星时。在地球上的任何地方，任何时候都可以观测到至少四颗卫星。每一颗GPS工作卫星都会发出导航定位的信号。GPS用户就是用这些信号来工作的。以已知位置的三颗卫星为圆心，以被测点到卫星的距离为半径做三个圆，这三个圆的交点就是被测点的位置。在GPS系统中，被测点的位置是根据空中运行的三颗卫星以及这些卫星到被测点的距离来确定的。全球卫星定位导航系统采用多星高轨道测距系统。GPS接收机同时接收到三颗以上卫星的信号后，可以通过三颗卫星与用户三个等距球面的交点来确定用户的位置。通过对四颗卫星的观测，还可以进行计时，用钟差改正值对测距误差进行改正(徐绍全等，2004)。该系统具有全球连续覆盖、定位精度高、无源全天候无能见度观测、操作简单、抗干扰能力强等优点，使其应用领域不断扩大。虽然美军出于战略目的采用了选择性可用和反欺骗技术，但目前的相位观测方法可以绕过SA的影响。消除了大部分人为误差，其应用不仅限于导航定位的军事用途，还可用于大地测量、地球动力学、大气科学、灾害监测等。
在海洋地质调查中，经常使用GPS(或DGPS)卫星通信定位，通过GPS卫星实时定位各站坐标。导航GPS接收机接收GPS卫星信号，然后按照测量投影方式对船舶进行导航定位。GPS接收机有不同类型，如SECEL GPS接收机、LGBX-PRO GPS接收机、SF2050 GPS接收机等。，它们的精度指标也不一样。
海洋地质调查期间，调查船还每天接收气象卫星信号，根据卫星云图上显示的气象信息(如台风、低压、高压的生成和大致趋势)判断未来24小时内作业区的气象情况，从而动态安排站位调查作业。
随着互联网技术的发展，在测量船上也可以实时收发邮件和浏览互联网上的新闻，但目前卫星信道的上下行速度相对较慢，费用较高。
2.4局域网通信技术的应用
海洋地质综合调查包括DGPS导航定位调查、地质取样及其描述、化学测试和分析、多波束和水声调查等。不仅要收集数据，还要进行数据处理、解释、分析和研究。各种数据既相互独立又紧密结合，需要在调查中综合分析利用各种数据，因此需要共享各种专业数据。
在现代海洋地质调查作业中，野外无纸化数字化办公和网络办公越来越成为新的办公方式，既能节约成本，又能提高效率，减少差错。其次，船舶位置信息、状态、物资、气象信息的网络共享，不仅可以为首席科学家科学调配提供决策参考，还可以更好地服务于船长对船舶的全面指挥；因此，随着信息技术的发展，用于船舶调查的有线局域网通信技术和无线局域网通信技术得到了广泛的应用。以海洋综合地质调查“海洋四号”科考船为例，局域网通信技术在综合信息采集和野外办公中得到了很好的应用。图3是“海洋四号”局域网的通信模块图。
图3“海洋四号”科考船局域网通信模块图
图3海洋4号船局域网通信模块图
2.5传统无线电通信技术的应用
在现代海洋地质调查中，仍在使用传统的无线电通信技术，如对讲机、单边带等。
3结论
现代通信技术在海洋地质资源调查中得到了广泛的应用，但由于诸多客观条件的限制，许多已经在陆地上使用的现代通信技术并不能在浩瀚的海洋中使用。正在开发下一代空间网络体系结构。这种新的架构将通过使用互联网协议来确保地面(包括陆地、海洋和大气)与卫星网络之间的互操作性，并使用卫星进行通信互联，这将彻底改变数据存储、传输和使用的方式。基于卫星的IP通信网络可以在全球范围内将其服务扩展到世界任何地方的用户。我们期待着即将到来的下一代网络(NGN)、下一代电信网络(NGT)、下一代互联网(NGI)和下一代无线移动通信网络(3G、B3G、4G)为基于卫星IP网络平台的海上通信提供良好的技术服务。我们深信，科学家们对“一个世界，一个网络”的不懈努力不再是梦想，地面和太空将共同形成一个无缝的卫星通信。
参考资料和材料
广州海洋地质调查局，海底照相机技术手册。
广州海洋地质调查局，seabeam2112技术手册。
沃尔特·高尔斯基编辑。刘墉等人，2000年。ADSL和ADSL技术，北京:人民邮电出版社。
徐少泉、张华海、杨志强和王泽民。2004.GPS测量原理与应用(修订版)。武汉:武汉大学出版社。
现代通信技术在海洋地质调查中的应用
盛宴文明
(广州海洋地质调查局，广州，510760)
摘要:声音通信技术等通信技术。网络通信技术。ADSL通信技术和卫星通信技术在海洋地质调查领域的应用越来越多，本文简单介绍了这些通信技术的原理及其在不同调查设备和方法中的应用。
关键词:通信技术。海洋地质调查声学通信技术卫星通信技术。ADSL通信技术。