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，中科院上海光机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。

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基于线性阵列的声源定位原理图

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。

原文链接：https://doi.org/10.1364/OE.550445