海洋技术教程PDF电子书下载

第一部分 准备性内容 3

第1章 绪论 3

1.1 海洋技术的定义与特点 3

1.1.1 海洋技术的不同解释 3

1.1.2 海洋技术的定义 4

1.1.3 海洋技术的特点 5

1.2 海洋技术的分类 5

1.2.1 海洋基础技术 5

1.2.2 海洋支撑技术 6

1.2.3 海洋应用技术 6

1.3 发展海洋技术的意义 7

1.4 海洋技术的发展趋势与研究前沿 8

1.4.1 海洋技术的发展趋势 8

1.4.2 海洋技术的研究前沿 9

1.5 我国海洋技术的发展方向与发展战略 12

1.5.1 我国海洋技术的发展方向 12

1.5.2 我国海洋技术的发展战略 14

思考题 15

参考文献 15

第2章 海洋基础知识 17

2.1 关于水（海水）的科学 17

2.1.1 水分子结构 17

2.1.2 海水的盐度 18

2.1.3 海水的密度 18

2.1.4 海水的热性质 18

2.1.5 海水的其他物理性质 19

2.1.6 海冰 20

2.2 海洋物理 20

2.2.1 世界大洋的深度及盐度场、温度场、密度场和风场 20

2.2.2 洋流 24

2.2.3 潮汐 26

2.2.4 海洋中的波动 28

2.3 海洋地质 29

2.3.1 海底地质构造 29

2.3.2 海洋沉积学 30

2.3.3 海底资源 31

2.4 海洋化学 32

2.4.1 海水中的二氧化碳系统 32

2.4.2 海水的pH值 33

2.4.3 海洋中的氮、磷、硅循环 34

2.4.4 海洋中的溶解氧 34

2.4.5 化学微量元素 34

2.5 生物海洋学与海洋生物资源 35

2.5.1 海洋生态 35

2.5.2 生物海洋学 36

2.5.3 海洋生物资源 37

2.6 海洋地球物理学 37

2.6.1 海洋地球物理学简介 37

2.6.2 海洋地球物理技术的发展 37

2.7 海洋技术 38

思考题 41

参考文献 41

第二部分 海洋基础技术第3章 水下声学技术 47

3.1 水下声学技术概况 47

3.1.1 水下声学技术发展史 47

3.1.2 水声技术的作用 48

3.1.3 水下声学技术的研究对象 48

3.2 声学基本概念 49

3.3 水声学 52

3.3.1 水中的声速 52

3.3.2 水声传播的几何衰减 53

3.3.3 水声传播的吸收衰减与散射衰减 53

3.3.4 水下声道 55

3.3.5 深海声道 55

3.3.6 浅海中的声传播 56

3.3.7 海洋中的散射和混响 57

3.3.8 水下噪声 58

3.4 水声器件 58

3.4.1 声呐简介 58

3.4.2 声呐的组成部分 61

3.4.3 声呐的主要性能指标 61

3.4.4 主动声呐方程与被动声呐方程 62

3.4.5 声呐的主要作用 63

3.4.6 换能器和水听器 63

3.5 水下声学技术的综合应用 65

3.5.1 生物声学 65

3.5.2 等离子体超宽带脉冲声呐 66

3.5.3 声呐系统用来保护海洋环境 66

思考题 66

参考文献 67

第4章 水下光学技术 69

4.1 水下光学技术的定义、分类及意义 69

4.1.1 水下光学技术的定义 69

4.1.2 水下光学技术的分类 70

4.1.3 研究水下光学技术的意义 71

4.2 光学基础知识 72

4.2.1 光的基本特性 72

4.2.2 光谱 74

4.2.3 光在海水中的传播 75

4.2.4 光探测器 78

4.2.5 光纤特性 79

4.3 水下光学技术应用 80

4.3.1 水下照明 80

4.3.2 水下成像 81

4.3.3 盐度测量 84

4.3.4 粒子成像速度仪 84

4.4 水下光学技术的发展趋势 85

思考题 85

参考文献 86

第5章 海洋遥感技术 89

5.1 海洋遥感技术的定义、发展及意义 89

5.1.1 海洋遥感技术的定义 89

5.1.2 海洋遥感基本过程 89

5.1.3 海洋遥感技术的分类 90

5.1.4 海洋遥感技术的发展 91

5.1.5 海洋遥感技术的意义 94

5.2 遥感数据获取 94

5.2.1 辐射基础 94

5.2.2 电磁辐射源 95

5.2.3 电磁辐射与水体的相互作用 97

5.3 遥感数据的处理 99

5.3.1 遥感图像的几何处理 99

5.3.2 遥感图像的辐射处理 99

5.3.3 遥感图像的其他处理方法 100

5.4 遥感信息的提取 101

5.4.1 遥感图像判读 101

5.4.2 遥感定量反演 101

5.5 海洋遥感应用举例 102

5.5.1 海洋水色遥感 102

5.5.2 高频地波雷达 105

5.6 海洋遥感技术的发展趋势 107

思考题 107

参考文献 108

第6章 水下运动物体动力学 110

6.1 水下运动物体水动力性能的研究现状和研究方法 110

6.2 典型软件简介 112

6.3 两种坐标系及其转换关系 112

6.3.1 两种坐标系 112

6.3.2 两种坐标系之间的旋转变换关系 113

6.3.3 刚体动量和动量矩的导数在两种坐标系中的转换关系 114

6.4 水下运动物体六自由度运动建模 115

6.5 水下运动物体的受力 115

6.5.1 静力 115

6.5.2 水动力 116

6.6 水下运动物体动力学实例 116

6.6.1 水下滑翔机简介 117

6.6.2 水下滑翔器结构模型 117

6.6.3 运动学分析 118

6.6.4 受力分析 122

6.6.5 水下滑翔器动力学方程建立 124

6.7 水下运动物体动力学前景展望 124

思考题 125

参考文献 125

第三部分 海洋支撑技术第7章 海洋工程材料技术 129

7.1 海洋工程结构材料 130

7.1.1 海洋工程结构材料主要力学性能指标 130

7.1.2 金属材料 131

7.1.3 非金属材料 133

7.2 浮力材料 135

7.2.1 浮力材料概述 135

7.2.2 传统浮力材料 136

7.2.3 空心玻璃微珠及其复合材料 137

7.2.4 其他浮力材料 139

7.3 腐蚀与材料的防腐 140

7.3.1 海洋腐蚀 140

7.3.2 金属腐蚀 142

7.3.3 防腐蚀方法与技术 143

思考题 147

参考文献 148

第8章 海洋通用技术 151

8.1 海洋常用机电集成技术 151

8.1.1 连接技术 151

8.1.2 能源技术 157

8.1.3 水下液压技术 160

8.1.4 推进技术 162

8.1.5 水下作业技术 165

8.1.6 水下照明与摄像技术 167

8.2 常用的海洋通用件 167

8.2.1 海洋物理、化学和生物传感器 167

8.2.2 水下电机 169

8.2.3 液压阀 169

8.2.4 水泵 169

8.2.5 水下机械手 170

8.3 海洋通用技术的发展趋势 170

思考题 170

参考文献 171

第9章 海洋试验技术 172

9.1 海洋试验技术的定义与分类 172

9.2 海洋试验中的主要测量技术 173

9.3 海洋试验步骤 176

9.4 试验大纲 177

9.5 试验条件建设 179

9.6 海上试验场 180

9.7 典型试验——耐压试验 181

思考题 184

参考文献 184

第10章 海洋装备设计与集成技术 185

10.1 海洋装备设计与集成的关键技术 185

10.1.1 轻量化技术 185

10.1.2 功率设计技术 187

10.1.3 浮力设计技术 188

10.1.4 结构设计技术 191

10.1.5 机电集成技术 195

10.1.6 安全设计技术 195

10.2 海洋装备实现技术：以Data Logger数据采集器设计为例 196

10.2.1 密封设计 197

10.2.2 结构设计 197

10.2.3 电路设计：电子控制技术 198

10.2.4 接口设计技术 199

10.2.5 应用介绍 199

10.3 海洋装备设计与集成技术的发展趋势 200

思考题 200

参考文献 201

第四部分 海洋应用技术第11章 水下探测技术 205

11.1 水下探测技术的定义、技术分类及意义 205

11.2 水下光学探测技术 206

11.2.1 水下荧光探测技术 206

11.2.2 水下拉曼光谱探测技术 208

11.2.3 水下激光诱导击穿光谱探测技术 210

11.3 水下声学探测技术 213

11.3.1 声波多普勒海流探测技术 213

11.3.2 多波束测深技术 214

11.3.3 浅地层剖面探测技术 215

11.3.4 地震波探测技术 217

11.4 水下电磁波探测技术 218

11.5 水下化学探测技术 219

11.5.1 pH值测量技术 219

11.5.2 盐度测量技术 220

11.5.3 溶解氧浓度测量技术 221

11.6 其他水下探测技术 223

11.6.1 重力梯度仪 223

11.6.2 水下磁力仪 224

11.7 水下探测技术的发展趋势 225

思考题 226

参考文献 226

第12章 水下采样技术 230

12.1 水下采样技术的目的、意义与通则 230

12.2 水质采样技术 231

12.2.1 海水采样技术 231

12.2.2 热液（冷泉）采样技术 239

12.2.3 孔隙水采样技术 244

12.3 底质采样技术 245

12.4 沉积物采样技术 246

12.5 生物采样技术 247

12.6 岩石采样技术 249

12.7 水下采样举例——IODP 250

12.8 水下采样技术的发展趋势 251

思考题 251

参考文献 251

第13章 水下通信与导航技术 254

13.1 水下光纤通信 254

13.2 水下电磁波通信 254

13.3 水下无线光通信 255

13.3.1 水下激光通信 255

13.3.2 LED水下无线通信 256

13.4 水下声波通信 257

13.4.1 水声通信的发展 257

13.4.2 两种水声通信需求类型 258

13.4.3 水声信道的特点 258

13.4.4 水声通信的难点 259

13.4.5 两种信道模型 260

13.4.6 相干水声通信关键技术 260

13.4.7 其他水声通信技术 261

13.4.8 水声通信展望 262

13.4.9 主要水下通信方式的对比 262

13.5 水下导航技术 262

13.5.1 导航系统的分类 262

13.5.2 水下声学导航 263

13.5.3 惯性导航系统 265

13.5.4 其他导航方法 266

13.5.5 水下导航展望 266

思考题 267

参考文献 267

第14章 水下运载技术 270

14.1 水下潜器的定义和分类 270

14.2 水下潜器的关键技术 271

14.2.1 坐标系与坐标变换 271

14.2.2 推进器 272

14.2.3 浮力材料 272

14.2.4 水下潜器的能源 273

14.2.5 脐带缆 273

14.2.6 生命保障技术 274

14.3 水下潜器运动控制 275

14.3.1 ROV运动控制 275

14.3.2 AUV运动控制 276

14.4 水下潜器实例 277

14.4.1 有缆绳水下运载器 277

14.4.2 自主水下运载器 279

14.4.3 水下滑翔机 279

14.4.4 水下拖曳系统 281

14.4.5 载人深潜器 281

14.4.6 水下潜器应用 284

14.5 水下运载技术的发展趋势 284

14.5.1 混合水下运载器 285

14.5.2 融合AUV与Glider元素的新型AUV 286

14.5.3 深海空间站 287

思考题 287

参考文献 288

第15章 海底观测网络 290

15.1 认知地球的观测平台与海底观测技术 290

15.1.1 认知地球的观测平台 290

15.1.2 海底观测技术 291

15.2 海底观测网络的意义与定义 293

15.2.1 海底观测网络的意义 293

15.2.2 海底观测网络的定义 294

15.2.3 海底观测网络各部分的功能定义 296

15.3 海底观测网络的分类与接口协议 297

15.3.1 海底观测网络的分类 297

15.3.2 海底观测网络接口协议 299

15.4 海底接驳盒的设计 301

15.4.1 海底接驳盒的功能及关键技术 301

15.4.2 海底接驳盒的电能、通信模块的设计 303

15.4.3 观测设备插座模块设计 303

15.5 海底观测网络的相关技术 305

15.5.1 电能供给技术 305

15.5.2 岸基站技术 307

15.6 海底观测网络实现案例——浙江大学的Z2ERO系统 308

15.6.1 海底观测网络的建设 309

15.6.2 围绕科学目标的观测 311

15.6.3 标准化研究 311

15.7 海底观测网络的技术发展 312

思考题 313

参考文献 314

附录 课堂实验 316

实验一 光在水流中的全反射 316

1．实验目的 316

2．实验原理 316

3．实验仪器及装置图 316

4．实验步骤 317

5．思考题 317

实验二 CTD测定海水的温度和盐度 317

1．实验目的 317

2．实验原理 317

3．实验仪器及装置图 318

4．实验步骤 318

5．思考题 319

实验三 海水pH值及溶解氧含量测量 319

1．实验目的 319

2．实验原理 319

3．实验仪器及装置图 320

4．实验步骤 320

5．实验过程注意事项 321

6．思考题 321

实验四 ROV操作 321

1．实验目的 321

2．实验原理 321

3．实验仪器及装置图 321

4．实验步骤 322

5．实验过程注意事项 322

6．思考题 322

参考文献 322