水下探测信号处理技术与系统优化偏振信息融合技术为水下光学探测的信号保真提供了新方案海水的散射与吸收会导致光信号衰减，传统成像技术在浑浊水域易出现图像信噪比降低问题，这一现象可通过朗伯 - 比尔定律解释，当悬浮物浓度超过 50mg/L 时，可见光衰减率可达每米 20% 以上有研究团队针对性开发多偏振信息融合的关联成像技术，通过采集线偏振与圆偏振激光照射下的目标信号获取多维信息线偏振信号能滤除悬浮颗粒物的后向散射，使近场散射光强度降低 60%，圆偏振信号可减少光场信息退化，两种信号的融合提升了回波信息完整性配套设计的多分支融合网络采用注意力机制探究两类偏振信息的关联性，促进特征融合，结合噪声调控算法实现高质量图像重建实验显示该技术可在 20% 采样率下工作，即便在浊度超 200NTU 的强散射环境中，目标边缘清晰度仍保持 85% 以上，相关成果已应用于某水下考古项目，成功识别出 3 米深淤泥下的瓷器碎片轮廓，为探测设备研发提供技术基础声纳回波的三维重建依赖信号处理技术突破环境干扰限制三维成像声纳能提供直观目标图像，但每帧超 100 万点的数据量与浅水强混响干扰会影响识别精度，混响信号强度有时可达到目标回波的 5 倍。
有研究团队提出改进的前视声纳三维可视化方案，构建了从回波仿真到重建可视化的完整处理流程，仿真阶段采用射线理论模拟不同海底坡度下的声传播路径针对环境干扰产生的噪点，团队将数据挖掘思想引入信号处理，开发基于局部异常因子的全局迭代阈值分割方法，通过 3 次迭代即可在保留目标特征的同时去除 90% 以上干扰点后续采用基于随机采样一致性的 Power Crust 重建算法，优化目标拓扑结构的视觉呈现效果，使重建误差控制在 2% 以内这套方案将单帧数据量从 120MB 缩减至 18MB，目标图像清晰度提升 40%，已应用于某水下潜器，使其在能见度不足 1 米的水域成功规避直径 0.3 米的岩石障碍，为海洋场景绘制提供技术支持深海观测系统的稳定运行始于硬件结构与探测设备的协同优化深海长期同步观测曾受限于设备稳定性与多要素同步难题，超 3500 米水深的布放更是面临高海况考验，此前国际上仅有少数国家能实现 2000 米水深的长期观测有团队研发的海气交互大剖面观测浮标系统通过结构设计突破了这一局限，2025 年 6 月已在南海 3500 米水深成功布放，开创国际同类设备布放深度新纪录浮标体采用高稳性结构，经浮标 - 锚系耦合水动力分析优化设备布置，计算并优化初稳性、大倾角稳性等参数，锚系设计为倒 S 型松弛式结构，采用 “耦合缆 - 系泊缆 - 锚链” 链接方案，能适应风速超 60 米每秒、波高 20 米的极端环境。
系统搭载的海洋量子激光雷达和微波辐射计解决了小型化低功耗难题，前者可探测 0 至 1 千米大气二氧化碳浓度，误差小于 10ppm，对风场的探测距离超 3 千米；后者能获取 10 千米内的温湿剖面，温度探测误差 0.98 开尔文，目前系统已连续运行 4 个月，数据接收正常能源供给系统的优化决定水下探测设备的续航能力与观测连续性海洋浮标等设备的工作周期常受能源限制，尤其在高海况下多设备同时运行会加剧能耗压力，传统单一能源供给系统续航多不超过 3 个月研究团队通过整合多种能源供给方案解决这一问题，基于南海近十年风、光、浪等环境数据模拟，确立太阳能板 30㎡、风力发电机 2 台、温差能转换器 1 套、波浪能装置 4 组的最佳容量配置针对蓄电池设计四段式充电策略，通过涓流、恒流、恒压和浮充电的阶段切换，使电池循环寿命从 500 次延长至 1200 次配套开发的稳压电路具备 500kHz 开关频率与 1MHz 反馈环路带宽，实现负载 10ms 内动态响应多种能源可智能切换配给，在连续阴天两周的情况下，波浪能与温差能仍能满足设备 80% 能耗需求，确保浮标系统在深海长期运行，为连续观测提供能源保障水下大深度数据的可靠传输依赖信号传输技术的创新突破。
深海探测产生的大量数据需跨越水体实现实时回传，传统声学传输速率仅为几十千比特每秒，且受水深与环境干扰影响显著3500 米水深浮标系统采用感应耦合传输技术，集成高精度测量仪器与声学多普勒海流剖面仪作为水下观测组件，前者采样频率达 10Hz，后者可获取 0 至 1000 米水深的海流数据团队开发超高分子聚乙烯缆绳与包塑缆结合的新型耦合缆，抗拉强度达 200MPa，实现水下 1000 米以浅水体温盐、溶解氧、叶绿素等要素的连续观测与数据传输，传输速率达 2 兆比特每秒，误码率低于 10⁻⁶水上设备获取的大气参数与水下观测数据经智能系统采用 LZ77 算法整合压缩，压缩比达 3:1，统一通过卫星链路回传至岸基，形成海空一体的同步观测数据链，数据传输延迟控制在 5 秒以内多模态数据融合技术提升了水下探测的环境适应能力与识别精度单一探测手段难以全面应对复杂海洋环境，光学探测在浑浊水域失效，声纳受温度梯度影响显著，水文传感器易受生物附着干扰有系统将量子激光雷达的大气探测数据、声纳的水下目标数据与温盐深仪的水文数据进行融合处理，采用基于深度残差网络的融合模型激光雷达捕捉的风场与二氧化碳浓度数据可修正声纳信号的传播误差，使定位偏差从 5 米缩小至 0.8 米；水文参数为光学信号的衰减模型提供校准依据，提升图像重建精度。
数据融合通过 GPS 授时实现统一时间戳同步，时间偏差小于 1 毫秒，经特征提取与关联分析后生成综合观测结果这种方式在南海海气交互观测中已展现价值，成功捕捉到一次中尺度涡旋的生成过程，为海洋环境认知提供更全面的数据支撑浅海复杂环境的信号去噪依赖算法与硬件的协同改进浅海区域的船舶噪声、生物干扰与海底混响交织，船舶螺旋桨噪声可掩盖 1000 米内的目标回波，生物发声会产生宽频带干扰研究团队在声纳系统中引入自适应最小均方误差滤波算法，通过实时分析背景噪声特征动态调整滤波参数，响应时间小于 200 微秒硬件层面采用低噪声放大器（噪声系数 0.5dB）与差分信号传输电路，减少电路自身引入的干扰，使等效输入噪声降低至 1nV/√Hz针对浅海强混响，开发基于声线追踪的信号分离算法，结合海底反射模型从混响中提取目标回波，分离精度达 92%经实际测试，在厦门近岸海域，这套方案能将目标信号的信噪比提升四十个单位，成功识别出直径 0.5 米的水下管道接口，在近岸资源勘探中发挥作用水下探测系统的小型化优化拓展了其应用场景与部署灵活性传统深海探测设备体积庞大，重量常超 500 公斤，难以在狭窄水域或小型潜器上搭载。
研究团队通过器件集成与算法优化实现系统小型化，将激光雷达的发射与接收模块整合为一体，采用微机电系统技术将光学组件尺寸从 15cm 缩减至 3cm，重量降至 200 克信号处理单元采用专用集成电路设计，在 2cm×2cm 芯片上实现滤波、放大与数据转换功能，功耗仅为传统模块的 1/5配套的轻量化算法采用分块处理策略，计算复杂度降低 60%，使 ARM 架构的小型处理器能高效完成数据处理小型化系统已成功搭载于 10 公斤级水下机器人，在某古沉船遗址完成对船体残骸的精细探测，获取分辨率 0.1 毫米的三维图像，为水下考古提供便利水下探测技术的规模化应用仍面临多类技术瓶颈亟待突破浅海区域的多源干扰尚未完全解决，复杂地形导致的声线弯曲易造成目标定位偏差，在海底坡度超 15 度区域误差可达 10 米深海设备的维护成本较高，器件在高压高盐环境中的寿命通常不足两年，陶瓷封装器件虽能提升耐腐蚀性，但成本增加 40%信号处理的实时性仍有提升空间，100 万点云数据处理需耗时 3 秒，大规模数据传输时易出现延迟针对这些问题，现有研究已探索出初步解决路径，采用深度学习的水声被动定位方法，对 80 个气枪信号的距离估计误差 88.8% 在 1.5km 以下；开发陶瓷封装技术提升器件耐腐蚀性，使深海传感器寿命延长至 3 年；通过边缘计算在设备端完成部分数据处理，将数据回传量减少 70%。
这些方向的持续优化将推动水下探测技术更广泛地应用于海洋开发与环境监测。