[视频]突破水-空屏障 斯坦福大学开发空载声呐水下勘探技术

2020年12月01日 14:18 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

雷达和激光雷达(LiDAR)是地表勘测和测绘的高效工具之一,它们可以装备在飞机和卫星上,穿透云层甚至森林提供准确的数据。但它们对于海面下的勘测就显得力不从心了,因为海水会吸收大量的信号。现阶段,测绘海床最有效的方式依然是声呐, 不过由于声呐信号需要在水下发出,因此目前很多海洋都没有经过测绘。

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而如果从空中直接向水下发送声呐信号,那么在转换过程中会损失 99.9% 以上的能量。这就是为什么当您下潜到游泳池底部时外界变得如此安静的原因。余下的 0.1% 的能量仅能产生一个声纳信号,但是当从水返回到空气中时,又损失了 99.9% 的能量。

全球各地的军事力量主要通过声呐来探测潜艇等,主要依靠的是位于船底的设备。目前,最接近于机载声纳系统的是 Thales 的 FLASH 低频宽带系统,悬挂在直升飞机底部的电缆从电缆上垂下来,像茶袋一样浸入海底。但是这种方式效率低、成本高且不适合大面积勘测。

现在,斯坦福大学的一支团队开发出了一种新型无人机水下勘测技术,找到了在不接触水的情况下从机载平台发送和接收声纳信号的技术,这种开发最终将使绘制海床和勘测海洋生物变得更加容易。

虽然声波、雷达在面对空气-水这个屏障的时候都无法有效传输信息,但是研究小组发现,光声方法至少可以在一个方向上通过这个屏障获得信号。光声机载声纳系统(PASS)将激光发射到水面,其强度脉冲到所需的声频,随着激光能量的吸收,它在水中产生超声波,可以作为有效的声纳波在跳回水面之前先将水下物体弹起。

该研究的第一作者,研究生艾丹·菲茨帕特里克(Aidan Fitzpatrick)表示:“如果我们可以在光线传播良好的空气中使用光,而在声音传播良好的水中使用光,那么我们可以同时兼顾两者。”访问。

从水向空中传播确实会消耗掉几乎所有能量的声波,但是这种单向损耗仍然留下了足够的信号,可以被机载设备上的传感器“听到”。研究负责人阿敏·阿巴比安(Amin Arbabian)表示:“我们已经开发了一种足够灵敏的系统,可以补偿这种数量级的损失,并且仍然可以进行信号检测和成像。”记录信号后,将对其进行软件分析以创建浸没物体的3D图像。该软件能够校正声波从水中进入空中时的折射。

然后就是部署工具本身的问题。 Fitzpatrick说:“我们对这种技术的愿景是在直升机或无人驾驶飞机上。我们希望该系统能够在水面数十米的高度飞行。”直升机和无人驾驶飞机都会推动大量的空气并发出大量的噪音,而且这(更不用说环境本身的噪音了)可能会对超灵敏换能器造成更大的挑战,因为它们试图拾取微小的碎片。

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