超強(qiáng)激光科學(xué)卓越創(chuàng)新簡(jiǎn)報(bào)

(第五百二十五期)

2024年6月13日

上海光機(jī)所在基于分布式聲波傳感的長(zhǎng)距離聲敏光纜姿態(tài)感知技術(shù)上取得進(jìn)展

近日，中國(guó)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，中國(guó)科學(xué)院空間激光信息傳輸與探測(cè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)，提出一種基于分布式聲波傳感技術(shù)（DAS）的長(zhǎng)距離聲敏光纜姿態(tài)感知方法，為海洋分布式水聽(tīng)器拖曳陣陣型校正、大尺寸結(jié)構(gòu)形狀探測(cè)提供了一種新思路。相關(guān)研究成果以Distributed shape detection for an acoustic sensitive optical cable with DAS 為題發(fā)表于Optics Letters。

聲敏光纜在水聲探測(cè)、目標(biāo)定位等海洋應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，但是其姿態(tài)在水流、載具運(yùn)動(dòng)等作用下不斷變化，給水聲增強(qiáng)和陣列處理帶來(lái)了極大困難。因此，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離聲敏光纜姿態(tài)感知有著極其重要的意義。

研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于DAS的長(zhǎng)距離聲敏光纜姿態(tài)感知技術(shù)。利用已知位置的輔助聲源陣列，精確獲取每個(gè)光纜單元和輔助聲源陣列的位置關(guān)系，并提出自適應(yīng)峰值尋峰算法解決實(shí)際環(huán)境下聲波混響的峰值畸變難題；充分發(fā)揮DAS的易于大規(guī)模組網(wǎng)、陣列可靈活重構(gòu)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，獲得整條聲敏光纜的實(shí)時(shí)姿態(tài)。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，在空氣環(huán)境下該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)聲敏光纜的姿態(tài)感知，三維定位精度為6.53厘米。該成果提供了一種新型的結(jié)構(gòu)姿態(tài)感知方式，具有適用結(jié)構(gòu)尺寸大、探測(cè)密集高、布設(shè)方便靈活等優(yōu)勢(shì)，有望解決拖曳陣姿態(tài)校正等難題，將在水聲探測(cè)、海洋安全等領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。

相關(guān)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市啟明星計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)協(xié)會(huì)等的支持。

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圖 1 原理示意圖

圖 2 (a)單點(diǎn)高精度定位結(jié)果 (b) U形纜形狀探測(cè)結(jié)果