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超強激光科學卓越創新簡報

(第六百十四期)

2025年3月14日

上海光機所在分布式光纖水聲傳感近場定位理論研究中取得進展

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所空天激光技術與系統部啟光創新中心、中國科學院空間激光信息傳輸與探測技術重點實驗室研究團隊，針對分布式光纖聲波傳感（DAS）技術在近場水聲目標定位中的誤差機理展開研究，揭示了探測孔徑積分效應與聲敏光纜（ASOC）形變對定位精度的影響，并提出誤差補償模型。相關研究成果以“Localization error analysis for near-field hydro-acoustic detection with distributed fiber acoustic sensing”為題，發表于Optics Express。

傳統水聲定位技術依賴于離散式傳感器陣列，而DAS通過連續分布的ASOC可以實現全空間高密度感知。但其獨特的空間積分響應機制在近場條件下會引入較大的相位偏差，導致傳統方法在近場條件下精度明顯降低。

研究團隊基于聲波傳播與光纖應變耦合機理，建立了定量化分析DAS誤差來源的理論模型。通過仿真實驗，對不可忽略的探測孔徑誤差和固有的纜形畸變誤差進行了誤差分析，探討了兩種主要的誤差來源對定位精度的影響。并利用自主研制的HyDAS1.0系統，結合TDOA、CBF和MUSIC算法進行了實驗驗證，經過相位補償和光纜形狀校準后，定位誤差由1.17米降至0.14米，驗證了理論模型的有效性。該研究為水下高精度目標定位技術提供了理論依據，在船舶噪聲監測、海底資源勘探等近場探測場景中具有重要應用價值，同時也為寬帶信號處理和大規模光纖聲學陣列在海洋安全、地震監測等領域的應用奠定了基礎。

相關研究得到了國家自然科學基金、上海市啟明星計劃、中國科學院青年創新促進協會等項目的支持。（空天激光技術與系統部啟光創新中心、中國科學院空間激光信息傳輸與探測技術重點實驗室供稿）

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圖 1 基于線性陣列的聲源定位原理圖