GPS取决于无线电波,在包括海水的液体中迅速分解。研究人员依赖于声学信令,跟踪平底点对象。但生成和发送声音的设备通常需要需要定期更改的电池。

无电池水下反向散射定位(UBL)系统。这张照片显示了在浸入河水之前封装在聚合物中的无电池传感器。(图片:Reza ghaffarivardavagh)

研究人员建立了一种无电池定位系统,被称为水下反散射定位(UBL)。UBL而不是发出其自身的声信号,而不是从其环境中反映调制信号,而是在净零能量下提供定位信息。该团队使用压电材料,以响应机械压力,例如通过振动声波进行凹陷的机械应力来产生自己的电荷。然后,压电传感器可以使用该电荷来选择性地将一些声波反射回它们的环境。接收器将该序列转换为反向散射,以1S的模式(用于反射的声音)和0S(用于没有反射的声音)。由此产生的二进制代码可以携带有关海洋温度或盐度的信息。

原则上,相同的技术可以提供位置信息。观察单元可以发出声音,然后时钟声波以反射压电传感器并返回观察单元需要多长时间。经过的时间可用于计算观察者和压电传感器之间的距离。但在实践中,定时这种反向散射是复杂的,因为海洋可以是回声室。

声波不仅仅行直接在观察单元和传感器之间行进。他们也在表面和海床之间,在不同时间返回设备。思考的会计在浅水中是一个更大的挑战。海底和表面之间的短距离意味着混杂的反弹信号更强大。

研究人员通过跳频来克服反射问题。观察单元而不是在单个频率下发送声信号,而不是在一系列频率上发送一系列信号。每个频率具有不同的波长,因此反射声波以不同的阶段返回到观察单元。通过组合关于定时和阶段的信息,观察者可以针对跟踪装置的距离来确定距离。

其中回声在地面和海底之间运行猖獗,该团队必须减缓信息流程。它们降低了比特率,基本上等待了观察单元发出的每个信号之间的更长时间。在可能会干扰下一个位之前,允许每个位的回声丢死。虽然在深水模拟中有2,000位/秒的比特率,但研究人员必须在浅水中拨到100位/秒,以获得从跟踪器的清晰信号反射。但慢比特率没有解决一切。为了跟踪移动对象,研究人员实际上必须提升比特率。一千位/秒太慢,无法在30厘米/秒的30厘米/秒上定位通过深水移动的模拟物体。在10,000位/秒,他们能够通过深水跟踪物体。

概念证明在浅水环境中进行了测试。UBL估计在多达近半米的各个距离处的发射器和反向散射节点之间的距离。

UBL可以有一天可以帮助自动车辆在水下发现,而无需花费电池供电。该技术还可以帮助海底机器人更精确地工作,并提供有关海洋中气候变化影响的信息。

有关更多信息,请联系Abby Abazorius AT此电子邮件地址受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用Javascript来查看它。;617-253-2709。


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本文首先出现在4月2021号问题中技术简介杂志。

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