可在水下发送短信？是真的！
“3，2，1……”随着倒计时结束，“您好，美济2号，我是美济1号。 ”我国自主研发的低频水声通信机在海底发出了第一条信息！顿时海上欢呼声与掌声响成一片。
近日，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，成功研发了我国首部自主知识产权的 “可以在水下发送短信的手机”。
遭遇禁运
下定决心自主研发
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。
巩小东是海仪所低频水声通信项目负责人，他告诉早报记者，此前他们使用了国外的低频水声通信机，2014年，美国研发的低频水声通信机对中国实施了禁运政策，企图遏制我国海洋领域发展。 “我们所长期从事海洋仪器设备研发，不能在关键设备上被卡脖子，我们组建了团队，决定搞自主研发，目标是实现‘全国产化’。 ”巩小东说。
“水下通信相比较陆上通信的技术难度更高，水下通信设备需要具备更强的抗干扰性、抗多普勒效应、耐盐耐湿等性能，尽管难度很大，但是想到这款产品的用途广泛，我国又是海洋大国，不能在这方面受制于人，所以我们一开始就下定决定，一定要攻克这个难关。 ”巩小东说。
巩小东告诉早报记者，他们把这个项目取名为“美济”，取名自我国南海的美济岛，是该水声通信项目的内部代号，大家通过这种方式表达爱国情怀，立志研制出具有完全自主知识产权的低频水声通信机。
坚持不懈
接连攻克三大难关
“我们要解决水声通信核心算法、宽带换能器和数字信号处理电路等三大难题。因为国外技术封锁严重，我们3名技术人员从一点一滴开始攻关，在3年时间里攻克了核心算法，光是整理的相关资料就有10个GB（文字材料打印出来近1吨重）。 ”巩小东说。
巩小东表示，在攻克了核心算法后，他们着手研制宽带换能器，类似于手机的天线。换能器的好坏关系到整个系统的通信速率和通信距离，“我们经过了20多次的反复试验、测试，经过不同温度、湿度的测试，光是样品就生产了10多种，在两年时间里完成了测试，并定型。 ”第三个难题是数字信号处理电路，这个相当于手机的主板，它决定着通信系统的效能和速度。 “刚开始的时候，耗电量比较高，使用12个小时就要充电一次，我们继续提升效能，第二个版本待机时间延长到了400个小时。我们第三版样品的待机时间延长到了8000小时，已经达到了国际上同类产品的最高水平了。 ”
12次海试
今年7月份定型成功
“为了检验低频水声通信机的相关技术指标，我们从2019年开始先后12次海试，足迹遍布渤海、黄海、东海、南海，其中好几次特意在恶劣天气下海试。 ”巩小东说。
2019年12月份，“美济”项目首次海试的画面，至今留在巩小东的脑海里。当时，巩小东带着项目组成员来到舟山群岛海域，紧紧盯着刚研发成功的低频水声通信机。尽管当天的风浪不小，但是所有技术人员全都紧盯着屏幕，等待着“美济”的信息：“您好，美济2号，我是美济1号。”低频水声通信机发出了第一条信息。当天的水下通信距离是5公里。
“虽然第一次海试就成功了，但是对于一些性能指标，我们认为还有进一步提升的空间，我们乘胜追击，决定进一步优化设备。 ”巩小东说，他们随后又参加了多次海试。
2020年12月中旬，项目组在东海海域进行了一次试验，本来好好的天气突然变了脸，试验船开始左右摇摆，大家检查好救生衣和安全帽，在腰部捆绑安全绳，顶着大风将设备顺利布放到海底，设备布放完成后大家都累瘫在了船上。像这种场景每年总能碰上几次，“保障人身安全始终要放在第一位！ ”项目首席专家郑轶如是说，每次出海前项目组会提前做足预案，经历多年的海上试验从未发生过一起安全事故。
在今年2月7日的海试最为惊险。当天胶州湾上阴云密布，风浪大作，最低温度达到-2℃。 “试验船到达指定区域后，我们5个人待在甲板上，把‘美济3号’放到了海中，有人拽着绳子，有人要记录相关指标。”巩小东说，在10分钟后，“美济3号”从水下发回了信息，显控软件显示“‘美济2号’，我是\‘美济3号’，我的位置坐标：东经xx.xx度、北纬xx.xx度，两点距离6.5公里。 ”看到这条信息，在场的所有技术人员忘记了严寒，再次欢呼起来，这次水下通信的距离延长到了6.5公里。整个海试持续了7个小时，巩小东说他们共测试了20多个项目，试验结果显示核心技术指标优于国外同类产品。
今年7月1日，巩小东带队到胶州湾进行定型海试。“今天是中国共产党成立100周年。通过我们在水声通信领域科研一线的长期坚守，终于能够在这个特别的日子里，拿出了过硬的科研成果为党和国家献礼，为第二个百年开好局、起好步，为实现中华民族伟大复兴贡献科技力量。上午8点半，我们准时赶到了预定试验海域，测试了在恶劣环境下的通信效果，并使通讯距离延长到了7公里，这大大超出了我的预期。 ”巩小东说，而这次海试的成功，也标志着海仪所研发的低频水声通信机定型研制的成功。
“要将成果及其转化作为科研、教育和产业发展的核心要求和唯一检验标准。 ”郑轶说。低频水声通信机定型成功后，项目组一方面继续对产品进行优化升级，另一方面开始着手进行科技成果转化，目前正在和几家风险投资公司接洽。项目团队对低频水声通信机的定位不单单是一个科研样机，而是立志将低频水声通信机打造成为一款超越国外的产品，希望能促进我国水声通信产业的发展，带动青岛市海洋经济腾飞。
经略海洋
布局水下通信产业
“跟国外的设备相比，我们研发的低频水声通信机除了通信性能好、距离长外，水下发送短信功能经过反复验证已经全球领先。”巩小东说。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。
关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。时至今日，美国的低频水声通信机仍对中国处于禁运状态。但是，海仪所科研人员研发的国产低频水声通信机整体水平已经超越国外产品。 “经过多次测试，该设备水平方向通信距离7公里，垂直方向达到全海深，通信速率可以达到2400bps（每秒约150个汉字）。 ”巩小东说。
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。据巩小东介绍，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。
“我们计划今年内将水声通信机进行产业化运营，争取在科技金融资金支持下，加快生产线建设，尽早将国产水声通信机打造成货架产品。”巩小东说，未来，他们将根据不同的应用场景打造系列化产品，服务于海洋强国建设和民生领域发展。
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