海洋大地测量基准与水下导航系列之二国外海底大地测量基准和海底观测网络发展现状（下）

2004年，英国、德国、法国等国家在欧洲“全球环境与安全监测’(Global Monitoring for Environment and Security,GMES)观测计划倡导下制定了“欧洲海底观测网络”(European Seafoor Observatory Network,ESONET)计划。ESONET是一个多学科的欧洲卓越网络(NoE ，European Network of Excellence )，来自14个国家的50个合作伙伴和300多名科学家和工程师。目标是持续整合欧洲对深海多学科观测站的研究，在大西洋与地中海选取11个海区建设有缆海底观测网，整个系统包括长约5000km的海底电缆，利用在地球物理学、地质技术、化学、生物化学、海洋学、生物学和渔业方面的能力，重点关注地质灾害、全球变化和环境监测，选了10个初始位置，包括北极Arctic，挪威边缘Norwegian margin，豪猪海滩/深海平原Porcupine Seabight/Abyssal Plain，亚速尔群岛大西洋中脊Azores Mid-Atlantic Ridge，加的斯湾-伊比利亚边缘Gulf of Cadiz- Iberian margin，利古里亚海Ligurian Sea.，法国东南部SE France，西西里岛Sicily，希腊地区Hellenic Area，黑海Black Sea。

2016年-2018年，美国国防部高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)授予英国军工巨头英国航空航天(BAE)公司一份研发深海定位导航系统的合同，该合同支持的项目简称POSYDON（Positioning System for Deep Ocean Navigation），读起来像波塞冬，海神。BAE联合华盛顿大学、麻省理工大学、雷神BBN、伍兹霍尔海洋研究所等单位共同研发此项目。该项目通过在海底布放少量声源信标来代替全球定位系统实现无人航行器长时间高精度导航定位，同时将水下巡逻无人机的位置坐标传递给船上或潜艇上的指挥和控制系统。

POSYDON旨在建立水下GNSS，但是水下声速不像光速那样恒定，主要随着海水温度和盐度而变化，因此，项目组需要开发模型来表征声速变化，另外，声音信号从发射机到接收机不是直线传播，随着温度和压力变化发生折射，有多条路径。2018年8月POSYDON项目组在大西洋中部纽约湾进行了水下GNSS实验。麻省理工大学利用MIT-MSEAS为项目组提供海洋场预报，并进行不确定分析。

下图是锚系P4到P5的声速剖面图和不确定度。

2014年，Takahashi等在3000m深的海沟轴线采用类似Triton（全球热带锚系浮标系统的西太部分，由日本JAMSTEC负责）浮标在海底布防压力传感器和6个应答器，用于在强洋流下进行海啸观测和地壳变形检测。水压力采样间隔15s，浮标发送数据间隔为1min，如在海啸期间，时间可缩短至15s。浮标上安装了4个天线，以精确确定浮标的姿态和声学换能器在浮标上的位置。

下图是TRITON浮标系统。

2016年-2018年，lannaccone等对Campi Flegrei caldera(意大利南部)浅海区的海底垂直变形进行了评估，采用MEDUSA（读作美杜莎）于2016年4月至2017年7月在Pozzuoli湾获取的GPS和海底压力记录仪(BPR，bottom pressure recorder)数据。MEDUSA是由四个带有全球定位系统接收器的固定浮标组成，每个浮标都通过电缆连接到一个海底多传感器模块，其中包含一个BPR。测得的海底最大垂直隆起约为4.2±0.4厘米。

海底综合观测网络可将海洋潮汐、海洋环境监测、海洋生物、海洋化学、海洋重力磁力、海底板块运动及海洋灾害监测等有机结合，从而实现多技术、全方位解决海洋观测问题，这已成为海洋时空基准网络的重要发展趋势。

参考文献：

海洋大地测量基准与水下导航_中国科学院_2022.06

走向深海，发展自立自强的海底大地测量基准_鲍李峰_2023.09

海底大地基准网建设及其关键技术_杨元喜_2020

构建海底信息网技术分析_宋德枢_2024.01

应用于海洋物联网的水声通信技术发展综述_瞿逢重_2023.11

海底大地基准建设技术及其研究进展_刘焱雄_2022.10

基于GNSS_声学定位的海洋大地基准网构建及应用_许扬胤_2024

国际海底观测网络的发展及现状_李德威

海底观测网发展现状及趋势研究_陈建冬

https://warriormaven.com/future-weapons/darpa-explores-undersea-gps-like-network

https://www.mromagazine.com/press-releases/bae-systems-to-develop-undersea-navigation-and-positioning-system-for-u-s-navy/

http://mseas.mit.edu/Sea_exercises/POSYDON-POINT/2018/index.html

https://www2.jpgu.org/meeting/2013/session/PDF/S-CG67/SCG67-17.pdf

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2017JB014852

https://climatedataguide.ucar.edu/climate-data/tropical-moored-buoy-system-tao-triton-pirata-rama-toga

https://ieeexplore.ieee.org/document/4531109

https://www.hydro-international.com/content/article/the-european-seafloor-observatory-network-esonet