MetaBlue：一种基于超声子表面的声学水下定位系统
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2026-02-24 v1
摘要
水下定位是海洋探索和自主水下作业中必不可少的任务，但现有无线电频率和光学方法受限于快速衰减或视野受限。声学感测仍是最实用的选择，但传统声学系统通常依赖大型阵列或多个同步锚点，导致高硬件成本和复杂部署。本文引入一种新型低成本被动声学超表面 MetaBlue，专为水下定位设计，将其附加到普通超声发射器上，将其转换为方向性"超级发射器"。超表面嵌入方向依赖的谱模式到传输波形中，仅使用单个水听器即可实现精确的到达角（AoA）估计。对于测距，我们提出一种新的 EM-声学混合到达时间（ToA）方法，利用声学 transducer 固有的低频 EM 漏泄作为时钟参考，实现无共享时钟的精确测距。这使得仅使用单个低成本锚点即可完成完整的三维定位。我们在多样化的真实水下环境中进行评估，包括池塘、储罐和户外环境。实验表明，系统在 10 米以上的距离实现平均 AoA 误差为 8.7 度，3D 定位误差为 0.37 米。即使仅使用一个锚点，系统也能保持 0.73 米的精度。
引用
@article{arxiv.2602.19252,
title = {MetaBlue: A Metasurface-Assisted Acoustic Underwater Localization System},
author = {Junling Wang and Yi Guo and Bojun Yang and Yazhou Yuan and Zhenlin An},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.19252},
year = {2026}
}