假定目标M(x，y，z)是基阵系统跟踪范围内的一个点，M目标上装有一台同频发射机及相应的发射换能器组件。为了实现同步测量，声脉冲信号发射机在同步钟的控制下，定时地发出脉冲信号。若测得M点到达Rc，Rx，Ry，Rz的传播时间为Tc，Tx，Ty，Tz在均匀介质里，则M在基阵坐标系中的坐标x,y，z的关系式为
式中c为水中声速。
把坐标原点移到4个水听器所构成的正方体的中心时，系统定位方程变为
变更后的图如下所示：
只要不断测出移动目标M点到基阵点的传播时间，即可得到M点的空间运动的位置坐标值。
三. 系统组成及主要功能
3D水声跟踪系统主要由水声跟踪、雷上设备分系统、信号及数据处理分系统、发射同步及控制分系统等统组成。3D水声跟踪系统组成原理框图如图所示。
1. 基阵分系统
每个基阵分系统由若干个基阵组成，每一个基阵上有4个接收水听器及其相应的前置放大器等10余种设备。
2. 雷上设备分系统
这是雷上的“3D”段，它包括雷用同步钟、发射换能器组装件、雷用水声发射机、深度压力传感器、深度控制装置，以及用于跟踪的鱼雷中段3D段等6种设备。
3. 信号及数据处理分系统
这部分是岸上固定设备，它包括同步钟、无线电同步信号发射机、水声信号放大器、数据处理装置、监视装置、系统自校模拟器、电子计算机及其外部设备等10余种设备。
4. 发射同步及控制分系统
发射同步及控制分系统包括无线电同步钟、船用同步钟、水声发射机控制装置和监视系统。
四. 系统的主要功能 该系统具有下列功能：
(1)测量鱼雷、鱼雷发射船及靶标的空间位置、航速和航向； (2)判断发射控制的正确性； (3)评价鱼雷捕捉目标的能力；
(4)判断鱼雷是否达到目标的命中距离之内； (5)判断鱼雷与目标的相遇次数；
(6)判断鱼雷旋回角是否正确，定深是否合适;
(7)故障鱼雷沉没后，可以确定其沉没位置，并引导捞雷船到达指定位置，以便及时打捞。
五. 3D水声跟踪系统的测量过程
基阵上4个水听器分别由电缆与岸上数据处理仪相连。目标M发射的同步声脉冲信号通过水传播到基阵上的水听器上，水听器接收到目标的同步声脉冲信号后，输送到岸上数据处理仪进行数据处理。
在鱼雷人水后，发射机控制自动接通声脉冲发射机，发出水声脉冲。水声脉冲发出后在水中传播，经时间Tc以后，基阵上的水听器Rc接收到水声脉冲信号，并经电缆输入岸上设备输入端。该信号经处理后即Tc存人存储单元中，同样可测得Tx，Ty，Tz的值。
在跟踪范围内的最大传播时间为
式中 R1——最大跟踪半径，设R1=1200m， h—试验水域的水深，取h=150m， c—水中声速，c=1400m/s。
这时可得到Tcmax=0.859s。计算机在收到一个周期内测量数据以后，立即进入数据处过程，实时地把处理出的有关信息进行存储、绘图、显示和打印等，然后再去等待下一个测量周期内的数据。