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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

研發(fā)快訊 2025年03月17日 10:14:20來源:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所 1470
摘要研究團(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。

  【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】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(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(jì)劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)協(xié)會等項(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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