水声定位方法可帮助潜水器在浅水中更安全地航行

从大型潜艇到单人潜水员，安全通过浅水区是一项常见的航行挑战。但最近，来自日本的研究人员在水下物体的声学定位方面实现了厘米级精度。通过以数字方式去除反射波信号，可以减少多径干扰的影响。这项工作可以通过允许在港口和其他浅水区域进行水下航行来帮助加速商业。

声学定位类似于声纳，但与回声定位中的相同物体发送和接收声音脉冲不同，这里的移动物体(可能是潜水器或潜水员)只发送声波。波由已知位置的水中的水听器(即水下听音装置)接收，因此可以根据脉冲的到达时间计算运动物体的确切位置。但是，这种方法在港口或其他浅水区域可能不可靠，因为声波在到达水听器之前会沿多条路径反射。需要一种不受多径干扰影响的新方法。

现在，来自日本东京筑波大学和青海建设的一组研究人员提出了一种新方法，即使在浅水中也能准确定位水下物体。然而，他们的方法并不依赖于简单地获取最大的信号。

“实际上，由于干扰效应，反射波的幅度可能大于直接波的幅度，这就是需要我们的方法的原因，”作者TadashiEbihara教授说。相反，当声源位于水下二维“网格”的一个点时，通过计算接收到的声音到达时间来预先收集信号数据库。这通过将新信号与数据库中最接近的模式匹配来提供粗略定位。然后，通过使用此信息选择性地去除反射波，只留下直达波，可以找到更精确的位置。只要发射器的深度也是已知的，这种方法就可以工作。在使用测试罐的实验中，物体的位置可以确定到几厘米的精度。

“我们的过程可以使用现有的水听器装置轻松实施，”Ebihara教授说。该团队希望这项工作可以扩展到其他应用，例如将研究潜艇发送到狭窄的水下通道。他们的研究发表在日本应用物理学杂志上。