平移声学—射频通信(TARF)：水空通信领域的重大突破

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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 majer 编辑发布。