突破技术垄断,山东省科学院海仪所自主研发“可以在水下发短信的手机”

2021-09-07 13:01 大众报业·半岛网阅读 (25147) 扫描到手机

半岛全媒体记者 王丽平

前段时间,我国自主研发的低频水声通信机“美济”在大海上发出了第一条信息,这是山东省科学院海洋仪器仪表研究所奋战6年,突破海外技术垄断及层层阻隔获得的成果。它的成功标志着我国有了一部自主知识产权的“可以在水下发送短信的手机”。

也是因为这项成果被反复验证技术水平国际领先,前不久浦发银行与海仪所签署协议,将提供6000万元贷款支持海仪所包括低频水声通信机在内的科技成果转化,为国产水声通信机迈向市场增添助力。

突破国外技术垄断

据了解,水声通信是迄今为止唯一可以进行水下远程信息传输的有效技术手段,低频水声通信机就好比是一部可以在水下发送短信的手机,对于各类海域环境下的海洋监测及水下通信网络建设意义重大。

美济项目负责人巩小东介绍,2014年,团队参与的某国家级项目需要用到水下无线通信功能,经过多方对比选中了美国某款低频水声通信机,此款产品已经发展到了第四代,海上试验效果非常出色。

随后美国对该产品实施了禁运政策,企图遏制我国海洋领域发展。由于团队主要从事水声相关装备研制,具备相关的行业背景和专业技术实力,所以,他们将研究方向拓展到了水声通信研究方向。

在确定目标后,团队开始全力以赴开展水声通信机的研制工作。“我们团队成员是一群有水平、有干劲的一线科研人员,大家将该项目内部代号定为‘美济’,代号取自位于我国南海南沙群岛的美济岛。”巩小东说,大家通过这种方式表达自己的爱国情怀,立志研制出具有完全自主知识产权的低频水声通信机,突破国外的技术封锁。

关键技术突破

巩小东介绍,水声通信机是一个完整的通信系统,和常见的手机通信系统类似,由于水声环境恶劣在某些方面比陆地的无线电通信更为复杂,要克服水下信道时变、空变问题,特别是严重的多普勒频移问题。

团队首要解决的是水声通信理论问题,所以项目成员分工合作大量研究技术资料和文献,每个人都自觉开启了备战模式以实验室为家,几乎每天都工作到凌晨,积累的文献资料足有几十个GB大小,经过多轮方案论证和大量海上试验验证,通过几年时间逐步攻克了整套水声通信系统的关键核心算法。

2017年,突破关键核心算法后,团队开始进行工程样机研制,此时大家干劲更足了,克服了一个又一个工程技术难题。

其中,低频水声通信机的换能器类似于手机的天线,是非常重要的一个部件,换能器的好坏关系到整个系统的通信速率和通信距离,经过长期研究试验,不断调整优化换能器胶料配方和压电陶瓷参数,最终他们研制出可以媲美国外进口产品的宽带低频水声换能器,实现了换能器的全国产化。

海试成功

经过数年的努力,2019年底他们研制出了两台低频水声通信机工程样机,第一次在舟山群岛海域进行海试,“试验当天大家满怀信心,然而设备下水后通信效果并不理想,此时大家备受打击,开始连夜进行数据分析和参数调整。”巩小东介绍,随后,他们怀着期盼的心情等到第二天进行测试,当接收机显控软件显示“您好,美济2号,我是美济1号!”时,大家都热烈的鼓起掌来,我们研制的低频水声通信终于在大海上发出了第一条信息。

随后,该团队连续完成了三代硬件电路升级和轻型机械结构设计,隔离解除后立即进行系统加工和测试,先后完成了黄海、南海、东海等多个海域的试验,目前已经达到了与美国Teledyne Benthos水声通信机相当的水平,“项目组正在加紧测试和优化系统,目标是全面超越Teledyne Benthos产品,将所研制的低频水声通信机打造成为世界知名品牌”巩小东说。

整整6年时间,经过无数个日夜的奋战,巩小东团队终于实现了该项技术突破,研发出了这款“可以在水下发送短信的手机”。

据了解,除了用于海洋科考等科研领域,低频水声通信机还有很大的民用价值。巩小东介绍,在远洋渔业中,该设备可与拖网内传感器连接形成“水下网位仪”,实时传输拖网内鱼类的数量数据,减少起网时因“空网无鱼”造成的经济损失;在潜水活动中,“蛙人低频水声通信机”可实时监测和传输水下人的状态,并进行信息交流,减少因信息传输阻碍造成的生命伤亡;在海上风电领域,该设备可以实时监测海底设备的腐蚀情况等,便于及时发现和维护。

“计划今年内将水声通信机进行产业化运营,争取尽早将国产水声通信机量产。”巩小东说。