近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機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)重點實驗室研究團(tuán)隊，針對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)形變對定位精度的影響，并提出誤差補償模型。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可以實現(xiàn)全空間高密度感知。但其獨特的空間積分響應(yīng)機制在近場條件下會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)隊基于聲波傳播與光纖應(yīng)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(jìn)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(tǒng)，結(jié)合TDOA、CBF和MUSIC算法進(jìn)行了實驗驗證，經(jīng)過相位補償和光纜形狀校準(zhǔn)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(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)用價值，同時也為寬帶信號處理和大規(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、上海市啟明星計劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)協(xié)會等項目的支持。(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)重點實驗室供稿)
圖 1 基于線性陣列的聲源定位原理圖
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