近日，中国科学院上海光学精密机械研究所研究团队取得突破，提出了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。这一创新技术解决了水下声敏缆阵型布设要求高、阵列动态时变等海洋环境难题。
这项研究已经以论文形式发表于国际知名光学期刊Optics Express，并被编辑推选为“Editor's Pick”，标志着该方案受到了国际同行的认可。
01 科研背景
水声定位技术在海洋资源勘探、水下目标监测和海洋科学研究中扮演着关键角色。分布式光纤声波传感作为一种新型水声探测技术，利用光纤中的背向瑞利散射效应，能够实现水声信号的连续分布式检测。
与传统的水声探测设备相比，DAS技术具有大规模阵列组网、易于布设、低成本和大范围监测等明显优势。这些特点使得该技术在水声领域得到了越来越广泛的应用，被视为海洋监测技术的重要发展方向。
02 现实困境
尽管分布式光纤声波传感技术在水声探测中展现出巨大潜力，但其在实际应用中仍面临显著挑战。目前基于DAS的水下目标定位方法主要依赖线性阵列，需要布设线性悬浮缆或选取既有缆线性区域来构建探测阵列。
这种传统布设方式不仅成本高昂，而且在复杂的海洋环境中实用性有限。海洋环境的动态变化使得线性阵列难以保持稳定形态，影响了定位精度和可靠性。因此，开发一种快速便捷且能够实现目标三维定位的方法，成为DAS技术在水声探测领域推广应用急需解决的问题。
03 方案原理
上海光机所研究团队提出的创新方案，巧妙地利用了单根自沉缆在自然沉底过程中形成的曲线型三维结构。这根缆索在海床上自然铺设，形成复杂的曲线形态，而这恰恰成为构建三维体阵列的基础。
研究团队通过精确建立声场与自然沉底的声敏缆位置之间的映射关系，成功实现了对这一非规则阵列的有效利用。这种方法摆脱了对规则阵列形态的依赖，能够适应海洋环境的自然变化。
04 研究历程
这项突破性成果建立在研究团队长期积累的基础上。自2019年起，该团队就针对DAS技术的独特分布式密集探测新范式展开了系统研究。在前期工作中，他们先后赋予了DAS分布式立体定位能力，为三维定位奠定了基础。
在此基础上，团队进一步开发了DAS技术的水声目标定向侦听能力，使其不仅能够探测目标的存在，还能确定目标的方向。这些前期成果为当前的三维定位方案提供了理论支持和技术积累。
05 技术性能
在实际海试中，研究团队对这一新方案进行了全面验证。结果表明，该技术能够对距离声敏缆横向25米处的声源实现高精度三维定位，平均定位误差仅为2.2米，
标准差为0.3米。
更令人瞩目的是，最大定位范围达到1100米，显示出广泛的适用性。该方法还展现出强大的鲁棒性，即使在阵型发生一定程度变化的情况下，仍能保持较高的定位精度。
具体来说，在10%定位误差范围内，该系统能够容忍9米的阵列平移、5度的阵列旋转和10米的阵元局部移位。
06 创新价值
这项研究最大的突破在于解决了水下声敏缆阵型布设要求高的难题。传统方法要求阵列保持特定形态，而海洋环境的动态特性往往使这一要求难以满足。
新方案利用自然沉底的声敏缆构建三维体阵列，显著降低了对阵型稳定性的要求，使系统能够更好地适应海洋环境的自然变化。这一特点大大提升了技术的实用性和可靠性。
07 前景展望
这项研究成果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。在海洋资源勘探、水下目标监测和海洋科学研究等领域具有广泛的应用前景。
该技术不仅能够提高水下定位的精度和可靠性，还能显著降低布设成本和维护难度。随着海洋经济的快速发展和国家对海洋权益的日益重视，这项技术的应用前景十分广阔。
该研究得到了国家科技部重点研发项目、国家自然科学基金以及上海市自然科学基金的多方支持，体现了国家对海洋科技创新的高度重视。随着技术的进一步完善和推广应用，这一创新方案有望为我国的海洋事业发展提供有力技术支撑。
从海底传回的信号不再需要复杂的阵列网络，仅凭一根自沉缆的曲线轨迹，就能精确定位1100米范围内的目标，平均误差控制在2.2米。这不仅是数字的突破，更是对海洋探测传统思维的根本转变。
研究团队已经将这一技术从理论推向海试验证，鲁棒性数据表明，即使在阵列发生9米平移或5度旋转的情况下，系统仍能保持90%的定位精度。海洋环境的不可控因素，不再是技术应用的障碍。
随着最后一组海试数据的分析完成，这项技术正在迈向实际应用的新阶段。它可能成为未来海洋监测的标准配置之一，重新定义我们对海洋深处“可见性”的理解边界。
