@ 2018.09.10 , 12:00

平移声学—射频通信(TARF):水空通信领域的重大突破

平移声学—射频通信(TARF):水空通信领域的重大突破
credit:123RF

如果你在电影里看到水下潜艇与飞机通信的情节,那其实是非常科幻的一幕——潜艇使用的声纳波无法到达大气层,飞机使用的无线电波也不能很好地传播到水面下。

所以,潜艇经常需要浮出水面发送信息,这就有可能泄露自身的位置。

然而,麻省理工学院(MIT)一支科学家团队现在开发出了一套系统,使得水面下和空中的单位能够相互通信,但目前数据传输的速度还很慢,而且只能在一个方向上通信。

“令无线信号跨越空气—水的边界一直是一个技术瓶颈,”高级电子研究员Fadel Adib说,“我们的想法是将障碍本身转变为通信的媒介。”

该系统——官方称呼为平移声学—射频通信(TARF)——使用来自标准声学扬声器的声纳信号在水面上制造出微小的、通常不会被注意到的涟漪。

这些涟漪比海洋中自然形成的最小涟漪要小约100000倍。

但是使用合适的设备——特别是由研究人员开发的新型极高频雷达——由于它们干扰反射无线电波信号的方式,可以拾取音频信号产生的涟漪。将它们转化成数字信号1和0编码。

“只要水面上出现任何形式的运动,雷达反射就会有所响应,通过拾取这些微小的角度变化,我们可以获得与声纳信号相对应的信息编码。”

由水下声纳引起的涟漪可能非常非常小,但是它们以比正常波浪更高的频率(行进得更快)振动。这意味着新型雷达可以借助精心设计的算法来发现它们。

在水箱和两个游泳池内进行的500次测试中,TARF被证明能够将大量信息从水中传播到空中,其中一条信息是:“你好啊——来自水下的问候”。

目前,新系统的数据传输速度有限,每秒只有数百位字节,比老式的拨号调制解调器更差,但与其他水下通信方法相当。

此外,TARF仅适用于表面波高度小于16厘米的水域环境中。然而,这依然是水—空通信领域的重大突破,研究人员正在马不停蹄地努力改进他们的方法。

或许有朝一日,全新的技术可以让水下的设备将数据直接传输给无人机,而无需通过地面中继;更方便地备份飞行记录仪;在军事上令潜艇和飞机保持通话。

“现在的系统已经可以在风平浪静的日子里实现上述目标,”Adib说,“但是[为了实用],我们需要它在任何时间和所有天气条件下都正常工作。”

该研究尚未发表,但论文副本将在布达佩斯SIGCOMM会议上分发给与会者。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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