基本原理是已知海洋环境参数（包括声速剖面、海底地形、海底底质声学参数等）和水听器阵列接收的声信号，利用水下声场模型，计算不同候选距离和深度处声源所产生的声场幅度和相位，形成拷贝场矢量，并使之与水听器阵列测得的声场数据（称为测量场）按照一定方式（称为匹配处理器）进行“匹配”，呈现出最大匹配值的候选距离和深度就是声源真实距离和深度的估计值。与几何定位法和目标运动分析法设定水面目标声波到达接收阵处为平面波不同，匹配场定位利用的是声场空间相干性，充分考虑了声波传播过程中的多途和频散效应，不仅能够同时估计水下目标的距离和深度，而且还具有作用距离远、定位精度高等优点。根据水下目标定位使用的水听器阵列，匹配场定位可分为垂直阵匹配场定位和水平阵匹配场定位。

匹配场定位中，匹配处理器决定了定位的性能。最广泛的匹配场处理器是线性处理器（也称为Bartlett处理器或常规处理器）：

式中是网格点的位置（假定的声源位置），为声场模型计算的拷贝场矢量，为维接收数据的互谱密度矩阵（测量场），为水听器阵元数。Bartlett处理器的优点是宽容性或稳健性较强（对环境参数、阵列信号的相位误差、阵列空间采样等模型参数的敏感性较弱），但其模糊度平面的旁瓣较高，分辨率较低。

匹配场定位虽然能够获得较高的精度，但它综合利用了水声信道模型、基阵设计、窄带、宽带相干处理方法，因此在实际使用中需要考虑定位过程中的失配问题。如环境失配问题，实际海洋环境（声速剖面、海底地形、海底底质声学参数等）与匹配场声场计算中采用的海洋环境之间存在着误差，其中水深失配、海底声速等参数的失配对匹配场定位精度有较大影响。另外，接收阵水听器位置误差、水听器之间灵敏度和相位不一致等系统失配，亦可能会导致部分匹配场处理器出现较大误差。提高匹配场定位精度、提高匹配场处理器环境宽容性和稳健性，是匹配场定位的重要研究内容。

水下载体的定位主要采用几何定位原理，即根据不同基元到达载体的声波传播时间差或相位差测量得到相对距离和方位，再根据相对距离和已知基元的位置解算出载体在水下的空间位置。水声定位系统是对水下载体定位的主要方式。随着海洋开发和科学技术的发展，水声定位系统的用途愈来愈广泛，如可用于水下合作目标的跟踪与定位，海上石油勘探、海上工程施工的定位，海底管道、电缆和光缆的铺设、定位及维修，水下潜航器的定位和导航，海上试验平台的定位等。

水声定位系统一般有多个基元（接收器或应答器），基元间的连线称为基线。根据基线长度，水声定位系统可分为长基线系统、短基线系统和超短基线系统。长基线系统基线较长，一般为几千米到几十千米，定位精度高，但布放、校准和回收需要较长时间，作业过程复杂，在深水使用时位置数据更新率较低。短基线系统的基线远小于长基线系统，一般是几米到几十米。其定位精度比长基线系统低，但比超短基线系统高。超短基线系统的定位精度比上两种差，但其声基阵尺寸很小，一般在几厘米到几十厘米范围内，可安装在较小的载体上，有利于安装和布放。上述各种定位系统可单独使用，也可有机地组合，构成组合系统。

长基线定位系统通常由基线长度为几千米的海底应答器阵和被定位载体上的应答机组成。长基线定位系统解算出的位置是对应海底应答器阵的相对位置，只有已知海底应答器阵的绝对地理位置时，才能得到载体在大地坐标系的绝对位置。长基线定位系统的定位包括载体位置解算和海底应答器绝对位置的测量。长基线定位也可将应答器安装在GPS浮标上，可通过GPS系统获得GPS浮标的位置，时钟同步浮标发送带有自己的位置信息的同步信号，从而可省去烦琐的水下应答器位置的校准过程（见图1）。

图1 长基线定位系统示意图

短基线水声定位系统在被定位的船或潜器上安装至少3个（通常可多于3个）水听器，水听器间距5～20米。这些水听器组成一个声基阵，接收来自信标（或应答器）发出的信号，根据信号到达时间差，测出各水听器与信标（或应答器）的方位和距离，最终获得信标（或应答器）相对于声基阵的三维坐标位置。在实际应用中，要考虑声基阵安装平台的纵、横摇，基阵安装位置偏差，基阵中心点与平台参考点之间的偏差等因素，必要时需要进行修正或补偿。由于水听器需要安装在载体不同位置，有些水听器有时不可避免地会处在噪声较大的位置，从而影响定位效果（图2）。

图2 短基线水声定位系统示意图

超短基线水声定位系统是短基线系统的一种变种。它将发射换能器和几个水听器组合成一个整体，称为声头，其尺寸只有几厘米至几十厘米，可以安装在船体底部，也可悬挂于小型水面船的一侧。由于声头尺寸不大，使用较为灵活方便，且可选择噪声干扰小的位置进行安装或吊放。超短基线定位系统基阵尺寸很小，不能利用短基线系统中常规脉冲到达时间检查方法，必须利用相位差或相位比较法，确定信标（或应答器）在基阵坐标系的方位，进行位置解算。根据解算方式不同，可分为两类：一类根据声线入射角和已知深度进行位置解算；另一类根据测量的距离和声学入射角进行定位解算。根据信号应答方式可分为非同步信标方式（在海底布放已知深度的信标）、应答器方式、响应器方式、带深度的应答器/响应器方式。超短基线定位系统测量误差受阵元间距测量误差、海水声速及测时误差影响较大，一般只在基阵下方一个锥度范围内斜距相对定位精度较高。通常采用假的加大基阵尺寸、提高信号带宽等方法来提高定位精度（见图3）。

图3 超短基线系统几种定位解算方式