水下安防型分布式光纤水听器阵列

发布时间：

2025-09-12

阅读次数：

海底“智慧耳”：

分布式光纤水听器阵列实战案例解析

本次光博会上，用户对我司的分布式光纤水听器阵列产品表示了浓厚的兴趣，同时随着全球海洋无人平台（UUV、USV）的发展，如何对蛙人、水面及水下小目标进行有效识别与持续监测，成为海洋安全保障、海洋缉私、海洋环境保护的关键难题，这不仅关系到海洋安全，也直接影响海洋资源的开发、利用与保护。

2025年8月，公司在威海开展的一项基于分布式光纤声传感（DAS）技术的分布式光纤水听器阵列试验，为我们展示了这一技术的巨大潜力与应用前景。本文将结合实际案例，为大家解析该系统的实际能力与应用场景。

原理简介

什么是分布式光纤水听器阵列？

分布式声学传感（DAS）核心原理是利用光在传输过程中产生的背向瑞利散射信号来感知外界变化。光纤不仅是信息传输的媒介，更直接充当传感器本身，这使得系统结构极为简洁，无需复杂的光学器件即可实现高效探测。借助先进DAS询问器（解调仪），一根普通的光纤就能被“等效”为成千上万个高灵敏度的水听器阵列，具有传感距离长、采样密度高以及连续、无遗漏的测量能力，这项技术在水下探测和海洋安防中具有巨大应用潜力。

图1 激光脉冲（红色）下发到光纤引起背向瑞利散射光（黄色），通过解调背向瑞利散射光的相位实现外界声场的感知和恢复。

系统简介

什么是分布式光纤水听器阵列？

分布式光纤声学传感的关键在于光纤本身就能作为传感器。由于单根光纤在声学探测中灵敏度有限，我们借鉴了高灵敏度水听器的设计理念，将传感光纤连续缠绕在易于形变的弹性体上。通过这种结构，外界声波引起的微小形变会被“放大”传递到光纤中，从而显著提升探测灵敏度。

所谓分布式光纤水听器阵列，实际上就是在一根光纤上进行连续、有序的缠绕，通过疏密变化和阵列化设计，使其能够灵活适配不同应用需求。例如，在拖曳场景下，光纤可以围绕节点连续缠绕进行快速化低成本成阵；而在海底固定阵列中，最简单的实现方式之一就是将光纤连续缠绕或者疏密缠绕在缆芯上，形成缆-阵一体的阵列。一根光纤的巧妙缠绕，就能构建起大规模、高灵敏度的分布式水听器阵列。

图2 普惠自研的分布式光纤水听器阵列，实测声压灵敏度高至-120dB，可按需定制。

海试验证

威海海试现场验证实验效果

2025年8月，神州普惠在威海成功开展了一次基于分布式光纤声传感（DAS）技术的分布式光纤水听器阵列海试。在试验海域，我们将一条分布式光纤水听器阵列沉放至海底，构建成固定阵列，并在岸端接入高性能的普惠DAS端机。随着系统快速完成联通与配置，阵列的整体监测能力即刻形成，实现了对海域目标的实时感知与有效覆盖。

图3 神州普惠在威海海试现场

图4 PH-DAS高性能DAS解调端机

试验效果表明，水面船在穿行阵列顶部时，直接观察到了强烈的航行波，指示船只穿行，结合子阵列波束形成，可以有效实现目标定位，如图5所示。

图5 部分海试实验结果

场景拓展

实际使用案例

场景1：港口与航道安防监控

问题：如何在不影响船只通行的前提下，实时监控港口入口、防范非法入侵？

解决方案：在港口入口处布设分布式光纤水听器阵列阵列，可实现对进出船只的自动识别与跟踪。即便是低速行驶的小型船只，也能在一定距离外被探测到，具备良好的早期预警能力。

场景2：海上风电场周边水域监测

问题：风电场周边常有小船或UUV活动，如何保障设施安全？

解决方案：

沿风电场外围布设分布式光纤水听器阵列，可监测是否有船只或水下设备靠近。系统能区分不同速度、角度的目标，甚至判断其是否为潜在威胁。

场景3：海洋生态环境监测与科研调查

问题：如何长时间、大范围监测海洋哺乳动物（如鲸类）的游动轨迹？

解决方案：

分布式光纤水听器阵列系统可识别特定频率的声学信号（如鲸歌），结合轨迹分析，帮助科研人员了解动物行为、迁徙路径等，且不会对生物造成干扰。

场景4：水下管线与电缆安全防护

问题：海底管线易被渔船拖网、锚链等破坏，如何实现无人值守防护？

解决方案：

沿管线布设分布式光纤水听器阵列，一旦有船只接近或拖网操作，系统即可发出警报，并记录船只轨迹，为事后追责提供依据。

场景5：重要目标水下警戒、水下缉私

问题：如何在水下布设一道“隐形防线”，防范UUV等水下设备渗透？

解决方案：

分布式光纤水听器阵列系统对UUV具备中距离探测能力，且能识别其运动特征，适合用于重要水域的长期、隐蔽布防。

总结

分布式光纤水听器阵列系统的优势与适用性

隐蔽性强：布设在海底，不易被发现和破坏。
覆盖范围广：单条缆即可覆盖数百米范围。
多目标兼容：可同时监测水面船、UUV、海洋生物等。
数据丰富：不仅能探测目标，还能分析其速度、方位、频率特征等。
适用场景多样：民用、科研、安防均可应用。

未来展望

本次试验验证了分布式光纤水听器阵列水声监测系统在实际海洋环境中的可行性。未来，随着算法优化升级，该系统有望在更复杂的海洋环境中发挥更大作用，成为智慧海洋建设中不可或缺的“水下智慧耳”。

如果您的单位正在考虑开展海洋监测、安防布控或科研调查项目，不妨将分布式光纤水听器阵列水声监测系统纳入方案中——它或许正是您需要的那个“看不见的守护者”。普惠可协助需求方提供分布式声波光纤传感系统级解决方案，针对不同应用场景，提出适配不同的传感端光缆，不同的性能的DAS端机，欢迎各大企业、高校、研究所联系合作，一起探索分布式光纤声学传感新的可能。