一．电磁探测与跨介质通信
声、光和电磁作为信息的载体，在海洋中作用距离、尺度以及和环境、目标等交互作用的特性在时、空、频域均不同，蕴含着海洋环境与目标的信息。声波可以实现宽范围海洋深度和水平的水下信息采样和通信传输。光波能够实现高分辨率短距离的水下信息探测和超高速通信传输。电磁波可以实现海表面/近表面的环境和目标观测、感知和信息传输。特别地，利用固态自旋等量子体系高灵敏度、高带宽、高正交度的优势，可以实现以固态自旋体系为代表的弱电磁测量。因此，根据不同载体在海洋中的作用特性，开展声-电磁-光-量子跨介质立体通信组网理论与技术的研究，探索声-电磁-光-量子一体化感知与传输机理，研究海洋声/电磁学/光/量子的建模、信号处理、空时演化规律的新理论与新方法，以期为海洋信息立体观测-感知-传输提供可行的技术路径。
二．海洋立体遥感
海洋观测是认识海洋、经略海洋的基础，是实现海洋强国战略的前提条件。由于光学与微波无法穿透浩瀚的海洋内部，传统遥感技术主要集中在对海洋表面环境的监测。水下远程测量主要依靠声波，如海洋声层析技术、波导声学成像均展示了水声遥测的巨大潜力。但因各自局限性的存在，水下至今未能建立如卫星遥感这样的技术和能力体系。因此，亟待开展海洋环境与声场的耦合机理与效应研究，探索声场的发生、传播、散射等在水域时空上的演化规律，发展基于模型的信号和信息处理、水域感知新理论与新方法，以期在现有的光、红外、微波等水面遥感基础上，深入挖掘声波、地震波水下遥测能力，形成海洋环境多源立体遥感体系，为实现真正意义上的“透明海洋”提供支持。
三．海洋传感与器件
空天海各类感知系统的智能协同工作是智慧海洋立体感知网的重要特征，精确感知、实时交互和在线（边缘）处理是其应具备的基础能力，其中涉及的核心器件和芯片直接决定立体感知网络的信息安全和自主可控。但MIMO毫米波感知芯片与系统，及高频多波束宽带通信芯片和系统目前主要被国外垄断，国内尚缺乏深入研究。极高频感知芯片研发面临着高频有源/无源器件缺乏精确的物理模型、CMOS器件随频率升高放大能力快速下降等技术问题，亟需探索高频器件精确建模技术、高效率功率放大技术和低噪声射频接收机技术等；多波束海洋宽带通信芯片与系统研发则亟待针对芯片化复杂多波束网络和架构、高回退效率功率放大器设计、通道/波束间电磁抗干扰等关键技术开展攻关，形成共口径多波束宽带通信阵列系统。最终基于海上信息融合感知和并行传输协议，构建天地协同信息网络。
四．智能无人潜水器
随着陆地和近海资源日益匮乏，人类朝向深海进军，无人潜水器成为深海探测与开发的重要工具。在人工智能、探测识别、智能控制、系统集成等技术的驱动下，智能无人潜水器（AUV）具有自主决策和控制能力，可高效执行各类水下任务，成为世界海洋强国竞相发展的重要装备。未来AUV领域将开展深海装备先进材料设计与制备、深海极端环境下无人装备可靠性研究，重点突破深海复杂环境自主感知、深海新型通信与定位导航、深海装备高效安全供能、水下无人装备自主航行与作业控制、水下装备集群智能协同等关键技术，进一步开拓无人自主潜水器应用新空间，探索海底作业新模式，在此基础上推动海底目标探测与识别技术的快速发展。
五．海洋目标探测
海洋战场环境建设是决定未来海战胜负的关键性因素。对我国敏感海域进行预先探测和清除，将对未来立体海上战争起重要的支撑作用。通过融合多种传感技术手段，对水下目标进行多维度检测与自主识别，将为我国敏感海域的水下目标的探测和清除提供支撑平台。自主式潜水器集群的要点是解决海洋通信与组网的智能化，潜水器及搭载的传感器需要海洋通信网实现数据传输、远程控制和协同作业等。智慧通信与组网技术需要研究适应海洋信道环境、灵活性和可靠性更高，以及更加智慧的通信算法、通信节点和网络管理技术，目的是能更快速地响应当前较为成熟的水上通信需求，以及解决自主式潜水器全方位协同控制技术。
六．海洋牧场与装备
海洋牧场已成为我国实现海洋生态环境修复和保护、渔业转型升级、“三产”融合发展等的重要途径。但是我国海洋牧场仍沿用“靠天吃饭”的粗放型管理模式，信息化水平低下，缺少对海洋环境和渔业资源的实时监控，缺少对监控数据的二次开发和辅助决策利用，因此亟需构建信息化智慧应用体系，以完善的海洋信息实时监测为基础，以构建科学高效的辅助决策为支撑，运用先进的大数据技术，实现海洋牧场生态环境与生物资源长期、实时、连续的“可测”、“可视”、“可控”和灾害风险可预警，达到经略海洋牧场的目的。
七．近海台风与防灾
我国近海台风频发，台风过境期间台风风速和风向角变化剧烈，脉动风谱具有时变特性，与良态风谱存在显著差异。台风引起的波浪场具有独特的空间形态和方向特征，台风浪频谱随台风路径与台风浪不同发展阶段变化显著，目前缺乏台风海域长时间序列的实时海洋环境观测资料，对台风风场工程尺度性状、台风和台风浪频谱、荷载特性尚未完全掌握。亟需构建近海台风海域海洋环境智能监测系统，研究台风风场、台风浪与风暴潮的时空演化规律，阐明近海台风风场、台风浪及风暴潮风险区划特征，为海洋工程防灾减灾提供对策。
八．海上风机大型化
大力发展海上风能是加速实现我国“碳达峰、碳中和”目标的重要举措。海上风电产业发展的“卡脖子”问题在于降低建造运维成本。风机大型化是解决上述问题的主要途径，但同时也放大了海洋环境对风机结构的荷载，给发电机、控制系统和风机基础结构设计带来巨大挑战。因此，亟待研究我国沿海超强台风风场演化特性，阐明周期性强台风环境与风机叶片和结构流固动力耦合作用机制、风电基础和管缆与海床动力耦合作用机制；建立海洋动力环境下风机基础结构及管缆动力响应一体化分析技术和疲劳预测方法，提出变桨变速调控最优控制策略，发展大容量永磁直驱发电机设计技术；研制海上风电机组关键部件故障诊断系统，建立基于物联网与海洋大数据平台的海上风电设施安全和智慧运维保障平台。
九．智慧港口与物流
我国是海洋交通物流大国，拥有众多世界级大型港口。然而我国在智慧港口成套技术和涉海物流资源匹配优化能力等方面优势仍不明显，决策的精准度及其效用水平仍有很大的提升空间，而这离不开工程、技术、管理等多学科的交叉融合创新。综合考虑港机装备、信息技术、智能决策、组织模式等维度，从全局上设计智慧港口运作新范式，在港机装备与信息技术层面实现对装备的实时状态监控与调度；在智能决策层面构建港口资源调度与配置的全局优化算法体系，实现针对不确定性的瞬时决策；在组织模式层面，将港口与供应链物流企业协同，对各类物流需求与资源要素进行精准匹配，实现整个港口物流体系的智能化升级。
十．湾区水环境与碳汇
湾区位于陆海交错带，拥有复杂多样的环境与资源，孕育着盐沼、红树林等高碳汇滨海湿地，承载着高强度的社会经济活动，是我国推进中国式现代化、生态文明建设和双碳目标实现的核心载体。依托智慧海洋多学科会聚力量，立足东海，聚焦湾区水环境与蓝色碳汇，针对人类活动和气候变化双重压力下的水环境健康、驱动机制、变化机理与碳汇过程等系列关键科学问题，开发领跑国际的湾区水环境和碳汇时实监测和评估系统，研发水环境污染治理、生态修复、风险防控、固碳增汇等关键技术，建立东海重要湿地碳汇与生态效益评估管理系统，提出水环境治理和碳汇估算相关标准，助力发展海洋生态环保产业和蓝碳经济。
