研究人员成功研制基于仿生原理的深亚波长水下声学测向器件

水下来波方向探测（DOA）在水下通信，目标跟踪等领域发挥着关键作用。传统水下DOA探测系统依赖大规模声呐阵列或复杂结构矢量传声器。系统或体积庞大且依靠复杂信号处理算法，或制造成本昂贵，在小型化平台和机动场景中面临挑战。

为解决上述问题，中国科学院声学研究所杨军研究员与贾晗研究员团队与北京化工大学杨雅婷副教授合作，受奥米亚棕蝇(Omia Ochracea)听觉器官启发，设计了一种基于耦合谐振电路的新型水下DOA传感器，器件尺度为深亚波长尺度。该器件将两个压电换能器通过耦合谐振电路相连，利用电路本征模式叠加将微小相位差放大为支路电流幅值差异，实现深亚波长尺度下的来波直接定向。该研究通过建立理论模型，以参数分析平衡单调性、灵敏度与线性度，给出了理论最优参数组合以及对应响应曲线。消声水池实验表明器件对不同来波入射角的响应与理论一致且测量误差较小。器件不仅适用单频信号，对宽带信号同样有效（在工作频率处信噪比足够高即可）。该器件由商用换能器和无源电路元件构成，结构简单，成本低廉，可重构性强。

相关成果2026年7月发表于IEEE Sensors Journal。

此项研究获得北京市自然科学基金（L233037）、国家自然科学基金（12404490）、中央高校基本科研业务费（ZY2514）及中国科学院声学研究所前沿探索项目（BSA202501）的资助。

图1 仿生水下来波方向识别器件研制流程摘要（图/中国科学院声学研究所）

图2 仿生水下来波方向识别器件设计概念图（图/中国科学院声学研究所）

参考文献：

Y. Zhang, Y. Yang, Y. Yang, S. Wang, J. Yang and H. Jia, “Design of Coupled Underwater Acoustic Array for Deep Sub-wavelength DOA Sensing,” in IEEE Sensors, DOI: 10.1109/JSEN.2026.3710219.

论文链接：

http://dx.doi.org/10.1109/JSEN.2026.3710219