水聲定位方法可幫助潛水器在淺水中更安全地航行

從大型潛艇到單人潛水員，安全通過淺水區是一項常見的航行挑戰。但最近，來自日本的研究人員在水下物體的聲學定位方面實現了厘米級精度。通過以數字方式去除反射波信號，可以減少多徑干擾的影響。這項工作可以通過允許在港口和其他淺水區域進行水下航行來幫助加速商業。

聲學定位類似于聲納，但與回聲定位中的相同物體發送和接收聲音脈沖不同，這里的移動物體(可能是潛水器或潛水員)只發送聲波。波由已知位置的水中的水聽器(即水下聽音裝置)接收，因此可以根據脈沖的到達時間計算運動物體的確切位置。但是，這種方法在港口或其他淺水區域可能不可靠，因為聲波在到達水聽器之前會沿多條路徑反射。需要一種不受多徑干擾影響的新方法。

現在，來自日本東京筑波大學和青海建設的一組研究人員提出了一種新方法，即使在淺水中也能準確定位水下物體。然而，他們的方法并不依賴于簡單地獲取最大的信號。

“實際上，由于干擾效應，反射波的幅度可能大于直接波的幅度，這就是需要我們的方法的原因，”作者TadashiEbihara教授說。相反，當聲源位于水下二維“網格”的一個點時，通過計算接收到的聲音到達時間來預先收集信號數據庫。這通過將新信號與數據庫中最接近的模式匹配來提供粗略定位。然后，通過使用此信息選擇性地去除反射波，只留下直達波，可以找到更精確的位置。只要發射器的深度也是已知的，這種方法就可以工作。在使用測試罐的實驗中，物體的位置可以確定到幾厘米的精度。

“我們的過程可以使用現有的水聽器裝置輕松實施，”Ebihara教授說。該團隊希望這項工作可以擴展到其他應用，例如將研究潛艇發送到狹窄的水下通道。他們的研究發表在日本應用物理學雜志上。