科创中国

行业领域

高技术服务业

需求背景

海洋覆盖着地球三分之二的表面积，它是人类探索和研究的最前沿的领域之一。海洋不仅在国际商业和渔业中扮演重要的角色，而且还包含了有关气候的信息，以及大量急待开发的资源。我国是一个海洋大国，拥有约473万平方公里的蓝色国土，***万公里的漫长海岸线，14000公里的海岛海岸线，6500多个岛屿，70万平方公里的含油沉积盆地，约400亿吨海洋石油资源。海洋水产品总量、海水养殖产量、海运集装箱运输能力、港口吞吐总量、海洋卤水化工和海藻化工产量、修造船总量均为世界第一。

习近平总书记在中共十八大报告中提出：“提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国”，在党的十九大报告中更是进一步明确要求“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国”，为建设海洋强国再一次吹响了号角。然而浪、涌、流、温、海底地貌等诸多因素限制了水下探测和通信，水下空间无法“透明”，因此，至今为止水下仍旧是人类无法真正掌握的空间。制约人类探索水下奥秘的重要因素，就是无法建立起水下“信息传输的高速公路”。然而，海洋资源的开发和采集几乎与水下通信特别是无线通信密不可分，水下无线通信技术的研究引起了人们的广泛重视。此外，水下无线通信在水下航行中起着至关重要的作用，它也是水下传感器网络的关键技术之一。为争夺水下资源和增强水下作战能力，水下无线通信技术已成为世界各国都争相发展的重要通信技术之一。

相比于水声通信，长波通信等原有的水下无线通信技术。水下无线光通信技术具有信息传输量大、传输带宽宽、传输速率高、保密性好、功耗低、抗电磁干扰能力强等优点，逐渐成为研究的热点，在战术监视、污染监测、石油开采与维护、海洋勘探、气候变化监测和海洋学研究等领域发挥着重要作用，受到军事、工业和科学界的广泛关注。

本项目立足海洋资源开发的国家战略和市场需求，针对构建水下信息高速公路的迫切需求，联合国内相关研究院所和高校，以水下光通信端机作为切入点，设计并研发具有自主知识产权的水下高速光通信终端，构建国内首创的通用水下无线光通信接口和协议标准，实现水下无线光通信终端的连接即接入；对标目前全球唯一市售的Sonardyne公司的BlueComm水下光通信系列产品（对中国禁售），打破国外垄断。并在此基础上，创新性地提出水下光通信基站的产品概念，设计并研发支持水下多用户的无线宽带实时接入的全向无线光通信收、发基站，解决水下最后五十米高速无线接入的瓶颈问题，增强海洋应用场景的水下通信能力。

需解决的主要技术难题

水下高速无线光通信技术需要解决的主要技术难题包括：

1. 光信号传输损耗：水下环境对光信号具有较高的吸收和散射，导致信号传输损耗较大。需要开发高效的光传输技术和材料，以降低信号损耗。

2. 多路径干扰：水下环境中，光信号会经历多次反射和折射，导致多路径干扰。需要设计抗干扰算法和调制技术，以提高通信系统的抗干扰性能。

3. 水下通信信道建模：水下环境的复杂性使得信道建模变得困难，需要研究水下信道的传输特性和模型，以优化通信系统的性能。

4. 高速调制技术：水下高速无线光通信需要采用高速调制技术来实现大容量的数据传输。需要研发高速调制器件和调制算法，以提高数据传输速率。

5. 系统可靠性和稳定性：水下环境的不稳定性和噪声干扰会影响通信系统的可靠性和稳定性。需要设计可靠的通信协议和错误纠正技术，以提高系统的稳定性和抗干扰性能。

6. 能源供应：水下通信设备需要长时间工作，但水下环境中能源供应困难。需要研发低功耗的通信设备和能源管理技术，以延长设备的工作时间。

7. 安全性：水下无线光通信可能面临安全威胁，如信号窃听和干扰。需要研发安全加密算法和认证机制，以保护通信数据的安全性。

期望实现的主要技术目标

习近平总书记在中共十八大报告中提出：“提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国”，在党的十九大报告中更是进一步明确要求“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国”，为建设海洋强国再一次吹响了号角。

水下光通信终端及系统的应用方向主要有：（1）潜水员、无人潜航器（AUV）、水下机器人等水下运动单元平台间的信息交换；（2）海岸检测、水下节点的数据采集、导航与控制、水下生态保护监测等三维分布式传感网应用；（3）水下传感网、水下潜航单元与水面及陆上控制或中转平台间的通信。随着对海洋领域的开发，特别是亚洲地区能源与军事领域的发展，水下光通信产品份额会大大增加，在海洋防务装备、运输装备、科考装备、海洋渔业、船舶工业、海洋油气田、海洋监测等领域都会大量用到水下光通信模组及系统。

到2022年我国水下机器人市场大约为200亿人民币，其中80%需要安装水下光通信设备；美国现有200个海洋监测网络，我国仅为3个，且无深海监测网络，我国将加速建设海洋监测网络，对于其中传感器、浮标的数据收集将大规模采用水下光通信模组及系统进行收集，结合“一带一路”倡议及“海洋强国”规划，市场规模非常可观。

处理进度