超强激光科学卓越创新简报
(第六百十四期)
2025年3月14日
上海光机所在分布式光纤水声传感近场定位理论研究中取得进展
近日，中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部启光创新中心、中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室研究团队，针对分布式光纤声波传感（DAS）技术在近场水声目标定位中的误差机理展开研究，揭示了探测孔径积分效应与声敏光缆（ASOC）形变对定位精度的影响，并提出误差补偿模型。相关研究成果以“Localization error analysis for near-field hydro-acoustic detection with distributed fiber acoustic sensing”为题，发表于Optics Express。
传统水声定位技术依赖于离散式传感器阵列，而DAS通过连续分布的ASOC可以实现全空间高密度感知。但其独特的空间积分响应机制在近场条件下会引入较大的相位偏差，导致传统方法在近场条件下精度明显降低。
研究团队基于声波传播与光纤应变耦合机理，建立了定量化分析DAS误差来源的理论模型。通过仿真实验，对不可忽略的探测孔径误差和固有的缆形畸变误差进行了误差分析，探讨了两种主要的误差来源对定位精度的影响。并利用自主研制的HyDAS1.0系统，结合TDOA、CBF和MUSIC算法进行了实验验证，经过相位补偿和光缆形状校准后，定位误差由1.17米降至0.14米，验证了理论模型的有效性。该研究为水下高精度目标定位技术提供了理论依据，在船舶噪声监测、海底资源勘探等近场探测场景中具有重要应用价值，同时也为宽带信号处理和大规模光纤声学阵列在海洋安全、地震监测等领域的应用奠定了基础。
相关研究得到了国家自然科学基金、上海市启明星计划、中国科学院青年创新促进协会等项目的支持。（空天激光技术与系统部启光创新中心、中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室供稿）
图 1 基于线性阵列的声源定位原理图
