成果简介：研究目的： 近二十年来，声表面波传感技术作为一种新兴前沿感知技术迅速发展，引起了世界各国学术界及产业界领域的广泛关注和极大兴趣，其学术研究处于新材料、能源、信息等多个领域的研究前沿。该项目因应公共突发性事件防范与快速处置及重大生产事故预警与救援等对痕量毒害气体快速检测与预警的共性迫切需求，开展声表面波气体传感技术的基础理论与关键技术研究。声表面波气体传感器以其快速、高灵敏、低功耗及微小型化等特点被美国CBDP办公室列为点源探测新技术的代表，在公共安全防范、环境监测、工业分析等领域显示出广阔的应用前景和重大学术价值。但研究至今，该技术实用化进程仍面临较大挑战，特别是国内相关产品仍是空白，其中的关键问题是缺乏准确的传感机制分析理论与传感器件的优化方法。该项目围绕声表面波传感理论，基于声表面波本征传播特性的基本概念与方法，建立传感机制分析理论；开展传感器件优化理论研究；探索传感新机理与新方法，为推进其实用化解决关键基础理论问题。 主要科学发现： 1.系统建立了声表面波传感机制的准确分析理论，给出了传感过程中气体吸附动力学过程及结构参数对传感响应的影响规律，揭示了传感过程中非线性响应的物理机理。 2.系统建立了乐甫声波导模式的气体传感机制理论分析方法，明晰了声波导效应在气体传感过程中的作用机制，实现了基于乐甫波的高灵敏气体感知方法。 3.精确推导了石英晶体表面铬/金与铝/金等多层复合电极反射系数数学表达式，建立了准确的传感器件优化理论，实现了具有低损耗、单一振荡模式与高品质因子的声表面波传感器件拓扑结构。 4.在国际上首次提出并实现了无线无源的声表面波气体检测方法，研制了相应传感器件，丰富和扩展了有毒有害痕量气体检测与报警手段。 成果产生的价值： 上述理论研究成果已成功用于“网络化可手持式声表面波毒剂报警系统”以及掌上式“矿井中瓦斯报警系统”研制，该技术填补了国内空白。初步应用结果显示，通过准确的理论指导，传感器性能获得突破性进展，关键指标达到国外同类产品的先进水平。这表明该项目相关理论成果极大的推进了声表面波气体传感技术实用化进程，具有重要的科学意义与实际价值。该项目取得了丰硕成果，授权专利10项，编撰化学传感器英文系列丛书2部，发表论文95篇，其中SCI收录35篇，EI收录54篇，研究成果受到国内外学者广泛注意与高度评价，论文他引总数779次，SCI他引348次。

成果简介：深海探测与研究需要高技术装备和强大的国力支持，世界上只有少数几个发达国家具备深海极端环境与生命探测研究能力。经过10余年不懈努力，该项目建成国际一流的我国深海探测与研究体系，实现了跨越式发展，其先进与创新性主要体现在： 1、创建了适应深海极端环境的深海综合探测技术体系。基于深海极端环境与生命探测和研究的科学目标，创建了海洋科学考察船与深潜器、船载探测装备体系高度契合的模块化、一体化设计理念，使科考船实现以最小的吨位满足最大的空间需求，且具备稳定性高和抗干扰等特性；通过无人缆控潜器（ROV)等大型探测设备与考察船操控一体化集成，有效解决了水面综合移动平台与水下移动平台之间的契合问题，构建了走航与定点、宏观与微观、梯度与原位相结合的深远海综合探测技术体系，实现了全水深、多参数的立体、同步、精准探测、原位实验和保真采样能力。 2、突破了科考船在节能增效、减震降噪、空间布局等方面的关键技术，满足了探测装备对科考船稳定性、安全性、机动性和低噪等性能的要求。自主设计研发了防气泡球艏和宽体船型、艏侧推封盖、升降鳍板综合探测平台，使船舶操控和作业支持系统高度融合，节约能耗约30%、甲板作业面积超过30%、续航力超过50%,在8级风的高海况下实现ROV正常收放，减震降噪水平达到同类船舶最高水平，使多类型声学探测设备能够高效、高精度开展工作，显著提高了我国科学考察船设计建造水平。 3、研制了深海极端环境下能够开展原位探测和实验能力的水下综合平台。针对深海高精度原位观测和现场实验的难题，自主研发了基于深海ROV的拉曼光谱探计、深海高温（可达450℃)热液喷口温度梯度探针、深海极端环境长期观测系统等10余套设备/系统，实现了深海热液和冷泉气体-液体-固体-生物等精准保真取样、原位探测和实验，深海冷泉长期原位连续观测达到375天。 4、基于深海探测体系的科学研究与科学发现。自建成以来,“科学”号每年在航达280-300天，总航程15万余海里，获得15Tb深海原位实测数据，“发现”号ROV成功下潜171次，单次下潜最长连续工作时间3天；获得深海极端环境高精度综合环境信息和地质、生物样品，制作了厘米级分辨率的25400平方米的海底高清全景图，原位试验了可燃冰的形成过程，实现热液流体温度梯度和物质组成原位探测，首次发现2个国际上未见报道的热液区，发现发表深海大型生物1个新科、4个新属、23个新种，并成功开展现场原位实验与深海生物活体培养。 该体系授权发明专利37项，实用新型专利35项，软件著作权6项，发表学术论文180余篇，出版专著11部。开辟了我国深海极端环境科学研究的新领域，在深海探测关键技术方面取得重大突破，对我国深远海大型装备的科技进步具有显著提升，奠定了我国在深海探测与研究领域的国际地位。

成果简介：该项目为无损检测技术领域中先进无损检测与评价的应用创新开发项目。金属结构件大量应用于中国各种行业中，其质量状态和安全性能至关重要，每年都会出现金属结构件因质量不过关而造成的重大事故。该项目针对中国空军、航空、航天、交通运输和石油化工等领域中金属结构件健康服役的实际需求，研究开发出超声与电磁检测与评价的集成技术，并对不同行业中金属结构件的内部结构及性能进行检测和评价，判定被检对象所处质量状态和完整性等特征，对金属结构件的健康服役和安全运营起到技术保障作用。 该项目在超声检测和电磁检测的多年研究基础上，通过原始创新和引进消化吸收再创新等研究手段，开发出旋转超声和旋转涡流等多种无损检测技术，打破了国外技术封锁和垄断的格局。在此基础上，开展多种检测方法的集成创新技术研究，创造性地将超声和电磁检测方法有机地结合起来并开展综合分析和评价，克服了单一无损检测与评价方法的局限性，研究出一套集超声和电磁于一体的无损检测与评价的集成检测技术，并研制出超声和电磁集成检测与评价设备及智能专家综合分析系统，发展和提高了金属结构件完整性检测和安全评定的关键技术。同时，针对中国空军、航天、航空、铁路和石油等多个不同领域的具体需求开展了应用开发研究，将超声和电磁集成检测技术应用到多个不同行业中，开发出具有不同行业特色的超声和电磁集成检测技术。主要在旋转超声技术、旋转涡流技术、声表面波传感与目标识别技术、航天发动机高温合金管检测技术、航空高温合金结构件检测技术、铁路钢结构件检测技术、油田高温高压套管检测技术等方面取得技术创新点，形成了独特的技术优势，并广泛应用于航天发动机关键结构件、各型军用飞机外场维护、航空合金结构件、高铁钢结构件、高温高压石油套管等结构件的完整性检测与安全评定之中。 该项目共发表科技论文125篇，获得授权发明专利45项，实用新型12项，制订标准4项，共签订各类课题合同215项，取得直接经济效益2.1亿多元。项目的转化产品已推广应用于中国民航、航天、核能、电力、石化等领域的飞机、火箭、舰船、复合管道、压力容器等装备中金属结构件的完整性检测与安全评定工作中，为复杂金属结构件的安全运行提供了强有力的技术保障。该项目转化的检测设备及技术应用至今，已发现数十次关键金属结构件的危险缺陷，避免了因结构件失效引发的重大事故，挽回经济损失近百亿元，取得了重大的经济效益和社会效益。

成果简介：市政管网是城市的“生命线”，事关人民生命财产安全、能源供给安全乃至国家安全。我国燃气、热力、给排水等市政管网在地下纵横交错，服役时间长、规模巨大，管线事故正从潜伏期进入爆发期。管线时空信息错乱导致隐患难以发现、事故难以控制，造成管线断裂、爆炸甚至大规模次生灾害。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将“市政基础设施、防灾减灾等综合功能提升技术”列为优先主题，精准时空信息是解决市政管网风险管控难题的首要条件。在市政管网行业规模化应用自主可控的北斗系统，既是提升风险管控水平的迫切需求，也是推动北斗产业发展、贯彻军民融合国家战略的实际行动，具有重大而深远的意义。 该项目在国家863计划、北斗二代重大专项的支持下，构建了国家北斗精准服务网、市政管线立体化监测网，创建了基于天地一体化网络的风险管控与决策体系，极大提升了特大型城市市政管网风险管控的能力和水平，开创了北斗精准时空信息在市政管网领域应用的先河。主要技术创新如下： 1、发明了城市空间高可用性卫星精准定位技术，城市室外空间的可用范围提高近30%;建立了城市环境定位误差场实时改正技术，动态定位准确度由5m提高到0.01m:建设了国家北斗精准服务网，率先实现了北斗精准时空信息在市政管网领域的应用。 2、提出了管网故障和缺陷检测方法，攻克了管网多参数协同感知技术，发明了21种地下管网监/检测传感设备；突破了地下多传感器时延校准技术，时间同步精度由100ns缩短到1ns,显著提升管线故障点定位精度：创建了基于北斗精准服务的立体化感知监/检测网，较传统监测模式成本降低90%。 3、建:市政管网风险要素数据库，提出了基于大数据处理和智能分析技术的故障诊断、预测与处置模型，构建了基于北斗时空信息的市政管网风险管控体系，实现了风险管理模式从被动应对到主动管控的转变。在北京2.3万公里燃气管线的示范应用表明泄漏事件被动接警率从22.4%降低到4.7%。 该项目获授权发明专利52项、实用新型专利23项、软件著作权17项，发表SCI/EI论文85篇，出版专著4部，制定行业标准6部，率先将北斗实时定位写入主编的行业标准中。成果在全国20省/直辖市、447个城镇应用，涵盖燃气、热力、排水等领域，部分技术和产品已经应用至“一带一路”沿线国家，推动了北斗民用产业的快速发展，近三年新增直接销售额超过25亿元。 项目技术成果先后被院士专家鉴定为“整体达到国际先进水平”，“多频卫星导航数字信号处理一体化等技术具有创新性”、“基于北斗定位的专用设备和管线物联网传感器技术方面处于国际领先地位”。项目应用成果得到美国卫星导航行业权威媒体报道，并被12位院士评价为“填补了北斗精准服务在市政管网管理中的应用技术空白，整体应用成果达到了国际领先水平”。部分成果在2015-2017年间分获卫星导航定位科技进步一等奖、中国腐蚀与防护学会科技进步一等奖和中国土木工程詹天佑奖。

成果简介：深海是国家安全发展的战略新疆域。掌握深海关键技术是中国进入深海、开发深海、确保深海安全的必由之路。研制蛟龙号，打造深海利器，对中国抢占深海技术制高点、掌握深海话语权，意义重大。项目主要创新点如下：1.创建了超大深度载人潜水器安全性设计与集成技术体系，研制的蛟龙号潜深7000米，作业能力覆盖99.8%的全球海洋面积。2.攻克了深海复杂环境下精准操控、精确定位与精细作业的关键技术，其悬停作业功能为国际同类潜水器首创。3.突破了复杂水声信道条件下大深度、远距离、高速率水声通信技术，可传输图像、数据、文字和语音等信息。4.创建了中国载人潜水器试验、检测与应用体系，确保了150余次连续安全高效的下潜作业。与国际同类潜器相比，蛟龙号的潜深、航控、通信与作业能力均达到世界领先水平，实现了中国载人深潜技术领域从跟跑向领跑的重大跨越。应用五年来，450余人次科技专家搭乘蛟龙号亲临南海、太平洋、印度洋海底，执行矿区勘探、生态调查和深渊科考等五大国家计划，成果丰硕，影响深远。项目成果开创了深海资源高效勘探的新模式，开辟了中国深渊科学研究的新领域，推动了中国深海技术、装备产业和应用体系的跨越发展，为维护中国在国际深海大洋的权益及安全发挥了不可替代的作用。蛟龙号在国内外产生了巨大反响，全面提升了中国公众的海洋意识，实现了中华民族“可下五洋捉鳖”的宏伟梦想，成为海洋强国建设和中华民族伟大复兴的“大国重器”。

成果简介：潜水器是人类认识海洋、开发海洋必不可少的工具之一，在深海资源勘察、深海采矿、深海搜救等领域发挥着不可替代的作用。主要研究内容：围绕我国深海快速应急搜探、水下环境快速评估以及战略资源转运等需求，针对传统潜水器航速较低、负载能力较弱、环境适应能力不强等问题，将突破传统的弱正浮力潜水器设计理念，研究和探索新概念的基于升力原理的、具备深海、高速、大负载等特征的新型潜水器，最终完成具有自主知识产权的新概念深海大载荷潜水器原理样机研制和海上试验。（1）高机动性升力型潜水器平台优化设计技术。（2）适应大负载宽航速强扰动的潜水器自主控制技术。（3）非接触式高转矩密度扭矩转换推进技术。（4）小型高能热动力技术。（5）速高精度海底地貌测绘技术。

成果简介：气动声学是研究大型客机气动噪声控制的基础，该项目以多尺度旋涡发声机理，主/被动结合的气动噪声控制原理以及复杂流动情况下的气动噪声产生机理等三个共性科学问题为出发点，研究大型飞机的发动机气动噪声，机体噪声与控制等问题。基于离散涡方法的流动诱发空腔声振的涡声模型。流动诱发空腔声振是各种飞行器、地面交通工具如汽车、高铁等的重要噪声源之一。尾迹湍流/静子叶片干涉产生的宽频噪声三维预测模型。喷流噪声及其相关机理问题研究。

成果简介：随着中国城镇化进程的加快，城市燃气管网作为城市重要公共基础设施，肩负着社会经济支撑的生命线重大责任，关系国计民生的迫切需求。加强对城市燃气特有的本质安全以及智能化的全面系统研究，对于燃气的建设和发展有重大价值和社会意义。 北京市燃气集团围绕燃气管网安全三层“端+网+云”技术攻关，构建与实现基于本质安全的高精准、高可靠、全方位、规模化的智能燃气管的服务体系。其主要创新点如下： 1） 从保障燃气本质安全出发，规划管网整体发展与布局，制定行业规范：包括制定适应现代城市能源体系发展规划和相关技术标准规范；完成城市燃气网感知传输网络架构和关键技术规划；完成城市燃气应用决策云服务关键技术和应用规划；三项标准填补了相关领域空白，规范了行业智能化建设。 2） 深度发掘燃气本质安全的复杂“感知”需求，攻克7项高精准多参量感知和融合技术，解决燃气本质安全所需的不间断数据可靠来源。包括压力、温度等多参量的管网无源实时监测故障检测；广域局域激光精准测漏；管网系统超压的精准检测装置；燃气安全放散管道放散监测装置；管网运营供需平衡过程中的自动精准调节系统；燃气管网智能标识系统；智能设备和安装工艺标准应用研究。 3） 解决燃气网感知传输网络精准本质安全相关的3系统“数据”协同关键问题，建立了触达广泛和决策精准的燃气管网本质安全服务系统。包括基于数据采集与监视控制系统、地理信息系统、北斗地基增强系统以及通信网络数据采集和传送网络。 4） 首次建立了“云”端系列的7大决策子系统，为服务体系提供了强大的数据分析、处理和决策能力；从系统安全结构的角度覆盖了对城市燃气系统实时监测系统、安全预警系统、应急综合调度系统、泄漏检测设备、放散监测、应变监测、智能设备和安装工艺等方面。 通过一系列应用示范对本质安全服务体系的效能加以验证和优化。通过1个示范区，2个示范站，480个中低压站示范处，实现了一区五百站万公里燃气管线的精准与智能监控，部分技术在全国城市燃气行业得到推广应用。 北京燃气集团领衔的研究团队成果形成发明专利4个，技术标准3项，产生直接经济效益9600万元，间接经济效益48000万元。对智能管网行业的技术规范化、安全数据精准化、监测区域全空间化、决策子系统系列化、四方推广规模化方面奠定了坚实应用基础，具有巨大的应用前景和经济效益，对保障首都的安全稳定做出了突出贡献。

成果简介：声表面波（SAW）器件通过压电材料将电磁信号转换为表面声波信号，利用换能器进行编码和解码，实现高效滤波、传感等功能，因其通带选择性佳、带内畸变极小、抗电磁干扰、体积小、重量轻、性能优异、一致性好等成为移动通讯、广播电视、物联网、雷达、电子对抗、反恐、缉毒等不可或缺的核心器件。声表面波压电衬底材料与制备工艺。声表面波换能器材料。高世代声表面波滤波器设计与制备技术。声表面波传感器与微流体器件材料技术。高性能声表面波滤波器产业化集成与示范。

成果简介：研究目的：用声表面波技术来实现痕量气体现场检测与报警以其快速响应、高灵敏度、微小型化及网络化特点成为一个热点课题，在国防、公用安全与公共突发事件处置、环境监测、工业分析及安全生产等领域显示出广阔的应用前景和重大学术价值。但是，在传感机理认知上遇到巨大困难，即不能清晰认知敏感聚合物粘弹效应引起气体传感中的声衰减与传感响应的非线性现象。该成果围绕这一问题开展了采用多模态粘弹性敏感聚合物的声表面波痕量气体传感机理及系统性能优化研究，为中国发展实用化声表面波痕量气体现场检测与报警装备解决关键基础理论问题，使中国在痕量气体检测与报警方面达到国际先进水平。主要科学发现：建立了科学认知基于多模态聚合物粘弹效应的声表面波痕量气体传感机理的理论分析方法，建立了声传感界面微扰理论模型；研究了气体吸附中敏感聚合物物化性状及传感工作频率改变对传感性能的影响规律，准确分析了粘弹效应引起气体吸附中的声衰减与传感器响应的非线性，从而建立了痕量气体传感系统性能优化的理论基础。首次建立了基于乐甫波声波导的痕量气体传感的界面微扰模型，清晰给出了乐甫声波导痕量气体传感机理的物理内涵，提出了声波导结构温度自补偿理论与设计方法，形成了乐甫声波导痕量气体传感机理与优化的完备理论体系。首次结合分层介质中声传播理论及变分原理精确推导了石英晶体表面铬/金与铝/金电极反射系数数学表达式，发展了传感功能结构中振荡器频率稳定性根本性改善的新方法。率先开展了一种无线无源的声表面波痕量气体检测新机理研究，丰富和扩展了有毒有害痕量气体检测与报警手段。成果产生的价值：上述成果为声表面波痕量气体传感技术实用化提供了坚实的物理基础和正确的技术方法，基于该成果的“声表面波毒剂传感器阵列系统”已初步应用于公共安全毒剂检测与报警之中，性能指标要求可完全满足公共安全及突发性公共事件防范与快速处置的实际应用要求，彰显出巨大的社会和经济效益。该成果SCI收录论文19篇(其中4篇发表期刊排名仪器仪表学科第二)，EI收录31篇，SCI总引125次，SCI他引98次，他引总数共计370次，在声学传感领域论文引用率在国内处于领先地位。授权专利4项，专著一部。在多篇国际著名学者撰写的综述性论文中获得大篇幅引用，特别是在美国通用电气全球研究中心首席科学家Potyrailo博士2012年发表于Chem.Rev.的综述上引用达8处，得到国内外学者的广泛认可。

成果简介：所属科学技术领域：该项目为无损检测技术领域中的先进无损检测设备与检测应用创新开发项目。无损检测，是利用声、光、电、磁、热等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测其是否存在缺陷或不连续性，进而判定被检对象所处质量状态和完整性的所有技术手段的总称。无损检测是工业发展和国防建设必不可少的有效工具，其重要性已得到世界公认。主要技术内容：复合材料是由多种不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐温耐腐蚀等优点，已广泛应用于航空航天、核能、石化等领域。由于材料结构复杂、生产工艺等问题，复合材料在制造和使用过程中易产生多种类型复杂缺陷，例如表面与内部缺陷、脱粘、空穴、孔隙、胶接质量不良等等，如何对复合材料结构件进行全面综合无损检测与评价，成为一项重大技术难题。该项目是针对航空、航天、核能、电力、石化领域复杂装备复合材料结构件运行安全的重大需求，基于集成无损检测与评价理论，世界首创将声振、声谐振、声扫频、声阻抗、超声、多频涡流、扫频涡流、变阵列涡流、视频涡流等多种声学、电磁无损检测技术与网络技术集于一体，研制出复合材料声学电磁集成网络综合检测设备与智能专家网络综合分析与大数据管理系统，多种检测方法分别适用于不同类型复杂缺陷，得到的检测结果进一步进行数据融合与综合分析、管理，从而得出复合材料结构件的完整检测与评价结果，其检测结果的可靠性和重复性得到很大增强。在国际上，首次实现复杂装备复合材料结构件的网络远程检测与监控，检测数据的云存储与管理，为复杂装备的安全运行提供有力的安全保障。授权专利：该项目核心技术已经获授权的相关专利14项，其中发明专利10项，实用新型专利4项。技术指标：复合材料声学电磁集成网络综合检测设备：具有声振、声阻抗、声谐振、声扫频、超声、多频涡流、扫频涡流、变阵列涡流、视频涡流等检测功能。综合集成度，国际第一智能专家分析系统（数据融合、综合比对分析），国内第一大数据存储管理系统（全生命周期数据统计分析管理），国际领先网络传输：工业以太网；无线网络。国际领先经济指标：该项目已成功转化为系列产品，以满足不同领域、不同层次用户的需要。系列产品售价在20～120万元/套之间。应用推广及效益：该项目为世界首创，该复合材料声学电磁集成网络综合检测设备是中国空军指定列装的无损检测设备，已全面应用于中国空军、海军、陆军飞机复合材料结构件的各种复杂缺陷的综合检测与评价工作，同时进一步推广应用至民航、航天、核能、电力、石化等领域的飞机、火箭、舰船、复合管道、特高压等复杂装备中的复合材料安全检测与评价工作，为应用单位挽回直接经济损失近百亿元，军事政治社会效益显著。

成果简介：该项目属于资源与环境技术领域。用声表面波技术来实现痕量气体的便携式现场检测是的一个热点课题，它在国防、公共突发事件处置、环境监测、工业分析、安全生产等领域显示出广阔的应用前景和重要学术价值。但在其机理研究上遇到较大的困难，即不能正确认知新型成膜方式的基于聚合物粘弹效应的传感器非线性响应特性，迟滞了传感器优化结构的实现。该成果针对上述困难，开展了新型成膜条件下的基于聚合物粘弹效应的声表面波气体传感器敏感机理及性能优化研究，主要成果为：1.结合分层介质中声传播理论与微扰方法发展了科学认知基于聚合物粘弹效应的声表面波气体传感器敏感机理的理论分析方法，充分考虑活性表面金膜及不同模态聚合物粘弹特性对传感器气体吸附特性的贡献，准确分析传感器响应的非线性特性，提取出优化的关键结构参数，以实现传感器性能的最大改善。该成果为高性能气体传感器研制提供了坚实的物理基础和正确的技术方法，并已应用于声表面波毒剂传感器阵列系统之中，彰显出显著的社会和经济效益。2.结合复色散方程的泰勒扩展、分层介质中声传播理论以及微扰方法，首次建立起了基于聚合物粘弹效应的Love波气体传感器敏感机理的理论模型，清晰的给出了采用粘弹性聚合物波导层与敏感膜材料的Love波传感器机理的物理内涵，准确分析了聚合物的粘弹效应导致的声衰减及传感器响应的非线性特性，揭示了Love波气体传感器表现出更高灵敏度的内在机理。3.结合分层介质中声传播理论及变分原理对铝/金双电极与压电晶体结构中的声表面波传播特性进行分析，精确推导考虑压电效应的电极反射系数计算公式，实现了优化的传感功能结构。提出了一种无线无源的气体传感方式，丰富和发展了痕量气体检测手段。上述成果在SCI期刊上发表论文20篇，EI期刊发表25篇，SCI他引63次，他引总数225次。授权发明专利3项，实用新型专利1项。在多篇国际著名学者撰写的综述性论文中获得大篇幅引用，得到国内外学者的广泛认可。

成果简介：该成果属于海洋信息技术及水声工程领域。研发内容包括合成孔径声纳成像算法、宽带换能器基阵技术、高稳定度载体及运动补偿技术以及系统集成技术等。主要创新点有：1.开发出国际首台双频同步实时合成孔径成像声纳；2.提出了多子阵成像技术，解决了方位向空间采样不均匀条件下的高速并行信号处理问题；3.提出了稳健的运动误差估计和补偿算法；4.设计实现了国内唯一的低功耗、低噪声、小型化堆叠式合成孔径成像声纳信号处理系统。高分辨率合成孔径成像声纳是一种新型水下高分辨声学成像系统，该设备可工作在高频和低频两种模式下，同时对水下沉底、悬浮和掩埋目标完成双频实时成像，是国际上唯一具备双频双侧同步实时成像能力的合成孔径成像声纳。广泛应用于海洋资源勘探、水下油气管线风险评估、海底调查、水下小目标探测等，促进海洋经济产业迅猛发展，经济和社会效益显著。

成果简介：该成果属于先进能源技术的可再生能源技术领域。随着中国风电的快速发展，风电不再远离人类聚集区，风电噪声问题逐渐凸显。该成果通过自主创新，首次提出了分布式风电噪声测试解决方案，研制了高精度测点自动定位、分布式无线传输及实时同步的噪声检测系统；基于人耳听觉特性和心理声学模型，综合声响度评估和音调值判定，提出了风电辐射噪声分析方法；提出基于风电机组本征模态和风电场近、远场声辐射特性的声环境分析方法，建立不同类型的风电环境噪声影响预测模型，进而在国内首次实现对风电噪声的整体评价。成果共申请专利权5项，软件著作权3项，修订国家标准1项。成果提升了中国在风电噪声检测方面的国际影响力，增强了中国在国际风电领域的话语权，提升了国产风电机组的噪声技术水平，增强了国产风电产品的核心竞争力，对保障中国风电战略性新兴产业的实施具有重要意义。

成果简介：在水下弱目标的检测方面，对目标及信道特征认识和利用，特别是信道相干特征结构的应用研究是一个热点问题。该项目经过3年的研究，研制了低频/甚低频标矢量潜标测量系统，完成了1次湖上测试实验和2次海上搭载实验，得到了基于波束相关的信道空间相干尺度的现场测量方法，在信道相干特征分析的基础上建立了水下信道数值仿真模型，基于相干子阵干扰抵消方法等重要结果。同时，对水声信道相干特征结构的工程应用价值给出了一个初步的评估，指出了进一步研究的方向。项目的成果在大孔径拖线阵系统、水下AUV以及潜标系统目标检测中有较为重要的应用价值。

成果简介：经过4年的研究工作，该项目圆满的完成了预定研究计划，主要工作围绕影响声表面波气体传感器灵敏度和检测下限的因素开展基础研究，包括声表面波气体传感器敏感机理、敏感膜材料与制备工艺、传感器功能结构及性能优化等的研究。主要研究进展及成果如下：1)构建了覆盖聚合物敏感膜的声表面波气体传感器响应机理模型：结合微扰理论和Martin分析方法，通过实验提取对有机磷毒剂具有良好选择性的聚合物膜(PECH与SXFA)的机械物理及力学参数，分析聚合物敏感膜膜厚、传感器工作频率以及中间金膜载体对传感器响应的影响，从而提取出了优化的传感器设计参数；分析评价了传感器的检测下限性能，并获得了试验验证。2)设计、合成和制备了针对有机膦毒剂检测具有特异选择性的敏感膜材料：通过对膜分析的链长、官能团结构进行改进和修饰，提高其对有机磷毒剂的选择性；另外，对于分子印迹膜材料的选择，根据模板分子与膜材料(如环糊精类化合物、杯芳烃等)分子可逆的键合作用，经过键合、成膜、除去模板分子过程，在检测金膜的表面形成了对待测分子有识别能力的三维孔穴结构，进而达到分子印迹的目的，提高检测有机膦类毒剂的准确度。在该项目中，针对不同膜材料采用了两种成膜方法：一种是以巯基类化合物自组装的方法；另外一种对苯胺类膜材料，以电化学聚合的方法在SAW延迟线上制备分子印迹薄膜方法。此外，还采用了传统旋涂以及溶剂挥发法等成膜方法。3)完成了声表面波气体传感器传感功能结构的优化设计：将一种单向单相换能器(SPUDT)和梳状结构应用于延迟线器件设计之中以降低器件损耗和改善振荡器频率稳定性。基于经典层状介质理论并结合变分原理，获得压电效应和力学负载效应对于电极反射系数的贡献，从而提取出SPUDT结构关键设计参数。继而研制出一种采用铝/金电极并具有低损耗和单一振荡模式特点的声表面波延迟线。以该延迟线为频率控制元，所研制的声表面波振荡器通过采用调相使得振荡频率工作在器件最低损耗对应频点，获得了较好的中期频率稳定性(0.1ppm的量级)。4)传感器阵列研究：研制了采用六通道的传感器阵列，其中五个通道分别镀上针对有机磷毒剂不同种类气体具有选择性的敏感膜材料，即PECH、SXFA以及分子印迹与自组装聚合物材料。该阵列样机的检测灵敏度及检测下限等性能指标已经达到了国外同类产品的先进水平。

成果简介：粘接结构因其优异的性能，被广泛应用于航空航天、国防军工、汽车制造等领域，由粘接界面脱粘引发的灾难性事故时有发生。粘接界面特性和超声定量评价方法研究既是国际物理学的前沿难题，又是国民经济和国防安全亟需解决的问题。在粘接检测中主要有三大难题，即高波阻下多层低波阻界面脱粘检测、零间隙的滑移界面检测和粘接强度的检测。该项目在已结题的基金重点项目“粘接界面特性和超声评价方法研究(No.10234060)”成功解决了空气夹层型脱粘检测难题的基础上，针对粘接界面特性及粘接强度评价开展了更深入研究，按计划书内容开展了粘接机理、粘接界面力学模型、粘接强度的超声评价、激光超声实验平台等研究工作。在基础理论方面，从声波方程出发，利用微扰法和界面非线性声反射技术，在国际上首次完整地推导了粘接界面非线性弹簧模型，给出了声波正入射和斜入射时非线性弹簧模型的表达式，并设计实验进行了验证。该模型对于利用非线性声参量描述界面特性具有基础性意义。在实验研究方面，通过大量的实验发现，粘接样品的断口状态与利用模拟退火方法获得的界面劲度系数具有较大的一致性。利用线性声参量、非线性声参量和界面粗糙度等信息预测得到的粘接强度与实际断裂强度的误差在10%左右。在激光超声方面，建立了全光学激光超声的B扫描无损检测系统。关于从第一性原理出发，研究粘接界面形成的微观机理，建立粘接界面数学物理模型研究工作，由于模型过于复杂，未取得突破性进展。但该项目新开展的声波单向传播、宽带全向吸声体、非线性导波等研究取得重要进展，在国际顶级刊物发表多篇论文，并获得国内外同行专家高度评价。原创性地提出了结构简单却效率极高的声二极管模型，首次实现了将声能流限制在单一方向上的声整流效应，是复杂媒质中声能量控制研究领域的重大突破，进一步开展了单向声波导、单向声学器件等研究工作，并在理论上提出一种新型的二维人工声学复合结构，在噪声控制等领域有着潜在的应用价值。

成果简介：中尺度海洋动力过程是指时间尺度从数天至数月，空间尺度从数公里到数百公里的海洋动力过程，主要包括中尺度涡、内波、锋面等。中尺度海洋动力过程在中国近海广泛分布且频繁发生，对中国近海环境起主要控制作用，因此中尺度海洋动力环境监测、预报及其信息服务对于国土安全、近海环境保障、资源的可持续利用和防灾减灾等都具有十分重要的作用和地位。本世纪初，美国在中国近海开展中尺度过程及其声学效应海上试验，并建立起中国近海环境测报模式，分辨率达到1/16°，而中国尚未开展中尺度过程系统研究。在该背景下，在中科院重大项目、国家自然科学重点基金等项目支持下，通过中国科学院海洋研究所、声学研究所等4家单位近百名科研人员的近10年的联合攻关，围绕中国近海中尺度海洋动力过程，综合利用多种高新技术，发展了中尺度过程的现场调査、遥感反演、声学研究、数值预报、信息系统等技术方法，系统获得中国近海中尺度过程数据实体，揭示了中国近海中尺度过程的时空分布特征和生消规律，解决了中国近海海洋动力环境监测预报中的中尺度过程关键机制问题，构建了关键海域海洋环境预报模式和海洋信息动态服务平台，系统推进了对中国近海海洋动力过程产生、消亡以及演变机理及其声学效应的认知水平和模拟、预报能力。项目的主要技术和创新包括：国内首次开展了长时序深水潜标、船载X波段雷达观测内波、海洋学-声学一体化潜标等中尺度动力环境联合观测技术。针对浅海声学层析这个世界难题提出了一种具有自主知识产权的水平短阵浅海声学层析新方法，从根本上解决了浅海声学层析的工程可实现性。在新观测技术支撑下，取得了南海西北部海域内波时空特征最全面和系统的认识。项目在黑潮与中国近海水交换、中尺度涡旋和锋面特征及演变机理等方面取得了许多创新性的发现，实现了复杂海洋环境下的宽带声传播场的快速预报算法、系统推进了对海洋中尺度过程产生、消亡以及演变机理及其声学效应的认知水平，为海洋动力环境预报与信息服务奠定了理论和技术支撑。发展了原理先进的海洋资料同化系统，构建了包括中国近海在内的关键海域高分辨海洋预报模式，水平分辨率达到1/24°，5天的海表温度预报误差小于0.5℃，预报误差和中尺度过程测报精度达到国际先进水平。研发了中国近海海洋动力环境信息网格集成及远程可视化平台，为海洋观测与研究提供了新的共享和协同工作技术平台。构建的中国近海高分辨率同化预报模式和海洋环境信息网络集成及可视化平台在多个部门得到广泛应用。项目成果在中国多个业务部门得到了移植和应用。特别是所构建的亚丁湾海洋三维温盐流分析系统的核心，为亚丁湾海域提供了重要的环境支撑，为走向远洋提供了可信的技术条件。项目发表论文125篇，其中SCI论文66篇，EI论文15篇，取得软件著作权7项。部分研究成果获2013年海洋工程科学技术奖一等奖。

成果简介：该项目属机械动力学与振动领域。航空、航天、能源、化工、冶金领域中，许多重大安全事故都因没有检测到早期故障而未能避免，早诊断、早预防是避免各类事故最有效的手段，而现有的机械故障诊断理论和技术主要集中在故障中、后期。许多情况下，故障征兆表现为瞬态信息，对于早期故障，由于机械系统的复杂性和工况的多变性，瞬态信息更加微弱，使早期故障诊断十分困难，存在着亟待解决的科学问题：故障瞬态信息的检测机制急需明晰；微弱瞬态信息的提取理论亟待建立；早期故障诊断与预测模型缺乏等。该项目从瞬态信息的检测和提取入手，揭示了机械故障瞬态信息准确检测的内在机制，构建了微弱故障信息的提取模型，系统地建立了机械早期故障信息的小波熵检测与自适应提取理论。主要成果如下：提出了机械早期故障瞬态信息的小波熵检测理论。提出小波熵的概念，建立了国际上首个基小波的定量化优选原则——小波熵最小准则，实现了基小波与检测信息的匹配，使机械瞬态信息的检测提升到高分辨和定量化的层面，推动了瞬态信号检测理论的发展。该项成果被欧、美、日等国学者直接采纳和跟踪研究，体现该成果的论文已成为国内外学者研究小波检测理论的常引文献。提出了机械早期故障瞬态信号的消噪方法。建立了广义阈值消噪模型及最大似然阈值模型的参数选择策略，独立发展了与美国科学院院士Dono-ho创建的正交小波消噪理论互补的非正交小波消噪方法，实现了极低信噪比下瞬态信号的消噪，填补了机械瞬态信号消噪的空白，为解决机械、电气、能源、医学等领域的瞬态信号消噪问题提供了有力工具。建立了机械早期故障瞬态信息的自适应提取模型。改进了斜率拓展算法，解决了经验模式分解理论提取瞬态信息所遭遇的端点效应问题；建立了小波独立分量分析模型和自适应小波滤波器模型，实现了机械早期故障瞬态信息的自动提取。该项研究发展了瞬态信号自适应提取理论，并被多个国家的学者推广到生物、医学信号瞬态信息的自动提取中。建立了多参数融合的机械早期故障预测模型。提出了实现机械故障预测的基本框架，构造了故障多特征参数的自组织融合模型和支持向量机预测模型，实现了早期故障的自动诊断和稳健的故障预测，发展了智能诊断理论。该项目发表的20篇核心论文被SCI收录，被SCI他引685次(其中8篇代表作他引405次)，由46个国家的1200多名学者在70种国际期刊上进行引用，产生了广泛的国际学术影响，3篇论文(JCR一区期刊)的SCI引用次数位列该论文发表以来各自期刊的TOPl％，其中代表作1被SCI他引200次，位列该文发表以来该杂志所发表的7715篇文章中的第2名。研究成果得到包括美国、英国、加拿大等国家的7名院士和20余名ASME FellOW、IEEE Fellow等在内的国际著名学者的引用和积极评价，指出该项目“建立了小波熵最小准则”，“提出了基于Morlet小波消噪的特征提取方法”，“实现了早期故障诊断”，“是推动故障诊断和系统健康管理的杰出工作”。研究成果获得教育部自然科学奖一等奖，相关成果在中石化得到了应用，推动了振动分析、故障诊断科学分支学科的发展。

成果简介：技术特点：64元平面螺旋形传声器阵列，主要有孔径1m和2m两种形式。还有一种直径75cm的60元空心球形声相仪。以声成像的方法测量设备的噪声源位置及声场分布，用于发现设备的故障点，具有实时测量的功能。所测量出的声相图清晰直观地反映设备产生振动和噪声的具体部位，是一种非接触测量。 主要进展：已经完成了第二代声相仪的研制和少量生产销售，测量了变电站噪声、车间机床噪声、各种家用电器振动、程控交换机噪声、汽车发动机和汽车整车噪声、计算机噪声等。在一般对房间、开阔空间、强干扰环境进行了测量，均能得到良好的结果。 应用状况：应用前景广阔：用于测量高铁运行噪声，发现机车运行的故障源，汽车企业可用来测量噪声和振动情况，研制低噪声的高性能汽车，测量船用设备噪声产生的原因，降低设备运行噪声和避免设备安装不良带来新的噪声，用于如变电站、变流站、发电厂、风力发电场、大型工业区的噪声治理，机械、电子、化工、物理、光学等研究机构用声相仪可了解研究装置的振动和噪声情况，以提升研究能力，噪声治理和故障诊断。可以测量乐器的发声状态，提升乐器音质。 投资规模：投资规模5000万元，市场推广（30%），生产及经营用房租（25%），继续研发（25%），人员工资(20%)。