上海光学精密机械研究所----上海光机所提出基于单根自沉缆构建曲线型体阵列的分布式三维水声定位新方案

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超强激光科学卓越创新简报

(第七百四十一期)

2025年12月18日

上海光机所提出基于单根自沉缆构建曲线型体阵列的分布式三维水声定位新方案

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研究团队，提出一种基于单根自沉缆构建曲线型体阵列的分布式三维水声定位新方案，相关研究成果以“Distributed 3D hydro-acoustic localization method with curvilinear volumetric array using a single auto-submerged cable”为题发表于Optics Express，并被编辑推选为“Editor's Pick”。

分布式光纤声波传感（DAS）是一种新型水声探测技术，将光纤转换为换能器阵列，并利用光纤中背向瑞利散射的相干效应，可以实现水声信号的连续分布式检测。其大规模阵列组网、易于布设、低成本、大范围监测等优势，在水声领域得到了广泛应用。目前，基于DAS的水下目标定位方法主要通过布设线性悬浮缆或选取既有缆线性区域以构架线性阵列，但这种布设方式成本高、实用性低。因此，快速便捷的目标三维定位是DAS在水声探测领域应用急需解决的问题。

研究团队提出一种基于单根自沉缆构建曲线型体阵列的分布式三维水声定位新方案，解决了上述实用化难题。2019年起，研究团队即针对DAS独特的分布式密集探测新范式进行研究攻关，并以此先后赋予了DAS的分布式立体定位能力[Opt. Lett., 2019, 44(7):1690-1693]，和水声目标的定向侦听能力[Opt. Lett., 2020, 45(20):5672-5675][Opt. Express,2024,32(10):17362-17372]。该研究则是在这一新范式下，利用自然沉底的声敏缆构建三维体阵列探测声场，通过重构声场与自然沉底的声敏缆位置的映射关系，在海试中对与缆横向距离25 m的声源实现了三维高精度定位，平均定位误差2.2 m，标准差为0.3 m，最大定位范围达到1100 m；此外，所提方法具备较强的鲁棒性，在10%定位误差范围内，可容忍的阵型变化范围为9m阵列平移，5°阵列旋转和10m阵元局部移位。所提方法解决了水下声敏缆阵型布设要求高、阵列随时动态时变等海洋环境难题，为海洋水下目标精确立体定位方法提供了全新的技术手段。