【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院上海光學精密機械研究所研究團隊取得突破，提出了一種基于單根自沉纜構建曲線型體陣列的分布式三維水聲定位新方案。這一創新技術解決了水下聲敏纜陣型布設要求高、陣列動態時變等海洋環境難題。
這項研究已經以論文形式發表于國際知名光學期刊Optics Express，并被編輯推選為“Editor's Pick”，標志著該方案受到了國際同行的認可。
01 科研背景
水聲定位技術在海洋資源勘探、水下目標監測和海洋科學研究中扮演著關鍵角色。分布式光纖聲波傳感作為一種新型水聲探測技術，利用光纖中的背向瑞利散射效應，能夠實現水聲信號的連續分布式檢測。
與傳統的水聲探測設備相比，DAS技術具有大規模陣列組網、易于布設、低成本和大范圍監測等明顯優勢。這些特點使得該技術在水聲領域得到了越來越廣泛的應用，被視為海洋監測技術的重要發展方向。
02 現實困境
盡管分布式光纖聲波傳感技術在水聲探測中展現出巨大潛力，但其在實際應用中仍面臨顯著挑戰。目前基于DAS的水下目標定位方法主要依賴線性陣列，需要布設線性懸浮纜或選取既有纜線性區域來構建探測陣列。
這種傳統布設方式不僅成本高昂，而且在復雜的海洋環境中實用性有限。海洋環境的動態變化使得線性陣列難以保持穩定形態，影響了定位精度和可靠性。因此，開發一種快速便捷且能夠實現目標三維定位的方法，成為DAS技術在水聲探測領域推廣應用急需解決的問題。
03 方案原理
上海光機所研究團隊提出的創新方案，巧妙地利用了單根自沉纜在自然沉底過程中形成的曲線型三維結構。這根纜索在海床上自然鋪設，形成復雜的曲線形態，而這恰恰成為構建三維體陣列的基礎。
研究團隊通過精確建立聲場與自然沉底的聲敏纜位置之間的映射關系，成功實現了對這一非規則陣列的有效利用。這種方法擺脫了對規則陣列形態的依賴，能夠適應海洋環境的自然變化。
04 研究歷程
這項突破性成果建立在研究團隊長期積累的基礎上。自2019年起，該團隊就針對DAS技術的獨特分布式密集探測新范式展開了系統研究。在前期工作中，他們先后賦予了DAS分布式立體定位能力，為三維定位奠定了基礎。
在此基礎上，團隊進一步開發了DAS技術的水聲目標定向偵聽能力，使其不僅能夠探測目標的存在，還能確定目標的方向。這些前期成果為當前的三維定位方案提供了理論支持和技術積累。
05 技術性能
在實際海試中，研究團隊對這一新方案進行了全面驗證。結果表明，該技術能夠對距離聲敏纜橫向25米處的聲源實現高精度三維定位，平均定位誤差僅為2.2米，標準差為0.3米。
更令人矚目的是，最大定位范圍達到1100米，顯示出廣泛的適用性。該方法還展現出強大的魯棒性，即使在陣型發生一定程度變化的情況下，仍能保持較高的定位精度。
具體來說，在10%定位誤差范圍內，該系統能夠容忍9米的陣列平移、5度的陣列旋轉和10米的陣元局部移位。
06 創新價值
這項研究最大的突破在于解決了水下聲敏纜陣型布設要求高的難題。傳統方法要求陣列保持特定形態，而海洋環境的動態特性往往使這一要求難以滿足。
新方案利用自然沉底的聲敏纜構建三維體陣列，顯著降低了對陣型穩定性的要求，使系統能夠更好地適應海洋環境的自然變化。這一特點大大提升了技術的實用性和可靠性。
07 前景展望
這項研究成果為海洋水下目標精確立體定位方法提供了全新的技術手段。在海洋資源勘探、水下目標監測和海洋科學研究等領域具有廣泛的應用前景。
該技術不僅能夠提高水下定位的精度和可靠性，還能顯著降低布設成本和維護難度。隨著海洋經濟的快速發展和國家對海洋權益的日益重視，這項技術的應用前景十分廣闊。
該研究得到了國家科技部重點研發項目、國家自然科學基金以及上海市自然科學基金的多方支持，體現了國家對海洋科技創新的高度重視。隨著技術的進一步完善和推廣應用，這一創新方案有望為我國的海洋事業發展提供有力技術支撐。
從海底傳回的信號不再需要復雜的陣列網絡，僅憑一根自沉纜的曲線軌跡，就能精確定位1100米范圍內的目標，平均誤差控制在2.2米。這不僅是數字的突破，更是對海洋探測傳統思維的根本轉變。
研究團隊已經將這一技術從理論推向海試驗證，魯棒性數據表明，即使在陣列發生9米平移或5度旋轉的情況下，系統仍能保持90%的定位精度。海洋環境的不可控因素，不再是技術應用的障礙。
隨著最后一組海試數據的分析完成，這項技術正在邁向實際應用的新階段。它可能成為未來海洋監測的標準配置之一，重新定義我們對海洋深處“可見性”的理解邊界。
所有評論僅代表網友意見，與本站立場無關。