通过测量到达各基元声信号的传播时延来确定目标的方位与距离，包括同步球面跟踪定位、非同步双曲面跟踪定位等定位方式。在较大的范围上可以达到较高的定位精度。

定位原理是在海底或海面以一定的几何形状布设水听器基阵，通过对水听器的坐标位置进行测量、校准获得长基线各基元的坐标位置信息，利用应答信号测量获取目标与各基元间的斜距，得到以各水听器坐标位置为中心的球面，三个球面相交于由三个水听器确定平面以上和以下空间的两个点，同时形成定位模糊。为解决定位模糊问题，通常将基线布放在靠近水面或水底的位置，若布放在水底，则排除下半空间的定位点；若布放在水面附近，则排除上半空间的定位点。长基线的定位精度与各基元的坐标位置误差、水中声速误差以及声信号传播时延的测量误差有关。由于不同水域、不同深度声速不同，且随时间声速会发生变化，因此长基线定位过程中声线存在发生弯曲的现象，因而在水下目标定位解算过程中必须根据声速的变化对声线进行修正。同时，长基线定位误差还与目标在基线中的位置有关，当目标位于由各基元组成几何结构的中间位置时，长基线定位精度最高。