上海光機(jī)所在分布式光纖水聲傳感近場定位理論研究中取得進(jìn)展

2025-03-19 11:08:52來源：中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所關(guān)鍵詞：光纖水聲傳感閱讀量：16230

　　近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部啟光創(chuàng)新中心、中國科學(xué)院空間激光信息傳輸與探測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)，針對(duì)分布式光纖聲波傳感(DAS)技術(shù)在近場水聲目標(biāo)定位中的誤差機(jī)理展開研究，揭示了探測孔徑積分效應(yīng)與聲敏光纜(ASOC)形變對(duì)定位精度的影響，并提出誤差補(bǔ)償模型。相關(guān)研究成果以“Localization error analysis for near-field hydro-acoustic detection with distributed fiber acoustic sensing”為題，發(fā)表于Optics Express。

　　傳統(tǒng)水聲定位技術(shù)依賴于離散式傳感器陣列，而DAS通過連續(xù)分布的ASOC可以實(shí)現(xiàn)全空間高密度感知。但其獨(dú)特的空間積分響應(yīng)機(jī)制在近場條件下會(huì)引入較大的相位偏差，導(dǎo)致傳統(tǒng)方法在近場條件下精度明顯降低。

　　研究團(tuán)隊(duì)基于聲波傳播與光纖應(yīng)變耦合機(jī)理，建立了定量化分析DAS誤差來源的理論模型。通過仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)不可忽略的探測孔徑誤差和固有的纜形畸變誤差進(jìn)行了誤差分析，探討了兩種主要的誤差來源對(duì)定位精度的影響。并利用自主研制的HyDAS1.0系統(tǒng)，結(jié)合TDOA、CBF和MUSIC算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)過相位補(bǔ)償和光纜形狀校準(zhǔn)后，定位誤差由1.17米降至0.14米，驗(yàn)證了理論模型的有效性。該研究為水下高精度目標(biāo)定位技術(shù)提供了理論依據(jù)，在船舶噪聲監(jiān)測、海底資源勘探等近場探測場景中具有重要應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也為寬帶信號(hào)處理和大規(guī)模光纖聲學(xué)陣列在海洋安全、地震監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

　　相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金、上海市啟明星計(jì)劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)協(xié)會(huì)等項(xiàng)目的支持。(空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部啟光創(chuàng)新中心、中國科學(xué)院空間激光信息傳輸與探測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿)

圖 1 基于線性陣列的聲源定位原理圖

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