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    澳门太阳城最新网站媒体实验室的研究人员设计了一个系统,使水下和空中传感器直接共享数据。水下发射机指示一个声纳信号到水的表面,从而导致对应于所发送的1和0的微小振动。表面上方,一个高度敏感的接收器读取这些微小的扰动,声纳信号进行解码。

    图像:恭达尼洛夫/ MIT

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无线通信突破水 - 气屏障

澳门太阳城最新网站媒体实验室的研究人员设计了一个系统,使水下和空中传感器直接共享数据。水下发射机指示一个声纳信号到水的表面,从而导致对应于所发送的1和0的微小振动。表面上方,一个高度敏感的接收器读取这些微小的扰动,声纳信号进行解码。

在由澳门太阳城最新网站的研究人员开发一种新颖的系统,水下声纳信号使得能够通过一个机载接收机被解码的振动。 看视频


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澳门太阳城最新网站的研究已经采取旨在解决与进行无线通信的长期挑战一个步骤:水下和机载设备之间的直接数据传输。

今天,水下传感器不能与那些在陆地上共享数据,因为两者使用不同的无线信号,只有在各自的媒体工作。其在空气中传播的无线电信号中的水而死亡十分迅速。声信号,或声纳,水下设备发送大多反射离开表面而没有突破。这会导致效率低下等问题,适用于各种应用,如海洋勘探和潜对平面通信。

在一份文件中被呈现在本周的会议SIGCOMM,澳门太阳城最新网站媒体实验室的研究人员设计了一个新颖的方式铲球这个问题的系统。水下发射机指示一个声纳信号到水的表面,从而导致对应于所发送的1和0的微小振动。表面上方,一个高度敏感的接收器读取这些微小的扰动,声纳信号进行解码。

“试图穿越的空气 - 水边界与无线信号一直是一个障碍。我们的想法是障碍物本身转变为通过它来沟通的媒介,”法德勒文学家,在媒体实验室助理教授,谁是领导这项研究说。他共同撰写的论文与他的研究生弗朗西斯tonolini。

系统,被称为“平移声RF通信”(TARF),仍处于初期阶段,文学家如是说。但它代表的一个“里程碑”,他说,这可能在水 - 空气通信开辟新的功能。使用该系统,军用潜艇,例如,将不需要表面飞机进行通信,从而损害他们的位置。和监测海洋生物水下无人驾驶飞机不会需要不断从深海潜水复出将数据发送给研究人员。

另一种有前途的应用正在帮助搜索该失踪飞机的水下。 “声发射信标可以实现,也就是说,一个飞机上的黑匣子,”阿迪说。 “如果它在每隔一段时间发送一个信号,你就可以使用这个系统来拿起信号。”

解码振动

今天的技术解决方法,此无线通信问题有各种缺点。浮标,例如,已被设计成拾取声纳波,处理该数据,并拍摄的无线电信号到机载接收机。但这些都渐行渐远和迷路。许多人都还需要大面积覆盖,使他们不切实际,比如说,潜对地面通信。

TARF包括水声发射机发送使用标准声学扬声器声纳信号。的信号作为行进对应于不同数据的位不同频率的压力波。例如,当发射机想要发送0时,它可以发送波在100赫兹行进;对于1,它能够传输一个200赫兹波。当信号到达表面时,它会导致在水中细小的波纹,仅在高度为几微米,对应于这些频率。

以实现高数据速率,系统在同一时间发送的多个频率,建立在无线通信中使用的调制方式,称为正交频分复用。这让研究人员同时发送数百位。

位于发射机中上方的空气是一种新型极高频雷达的,其处理在无线传输的毫米波频谱信号,30个300千兆赫之间。 (这是乐队在即将到来的高频 2.5G无线网络 将操作。)

雷达,它看起来像一对锥体的,发送反射离开振动表面和篮板回雷达无线电信号。由于信号与所述表面振动碰撞的方式,信号与精确地对应于由声纳信号发送的数据位的一个稍微调制角度返回。表示0位在水面上的振动,例如,会导致反射信号的角度在100赫兹振动。

“雷达反射会只要你有任何形式的像水面上的位移来改变一点点,”阿迪说。 “通过拾取这些微小的角度的变化,我们可以拿起这些变化对应于声纳信号”。

听“耳语”

一个关键的挑战是帮助雷达探测水面。为此,研究人员采用的检测环境中的反射和按距离和电力组织他们的技术。因为水在新系统的环境中最强大的反射,雷达知道到表面的距离。一旦这样建立的,它会放大在这个距离的振动,忽略所有其他附近的干扰。

未来的主要挑战是捕捉由大得多,自然波浪所环绕微米波。在平静的日子最小的海洋波纹,被称为毛细管浪,只有大约2厘米高,但比振动大10万次。粗糙的海洋可以创建波一万次较大。 “这种干扰在水面微小的声振动,”阿迪说。 “这就好像有人在尖叫和你想听到有人在同一时间窃窃私语。”

要解决这个问题,研究人员开发了先进的信号处理算法。自然波浪发生在约1或2赫兹 - 或,波或两个以上移动的信号区域的每一秒。的100至200赫兹的振动声纳然而,快百倍。因为该频率差,在对快速移动的波的算法零而忽略了较慢的。

投石问路

研究人员把TARF通过500点试运行,在水槽和澳门太阳城最新网站的校园内两个不同的游泳池。

在罐中,雷达放置在范围从20厘米至40厘米的表面之上,并且声纳发射器从5厘米放置到表面低于70厘米。在泳池中,雷达被定位上述表面约30厘米,而发射机在低于浸渍约3.5米。在这些实验中,研究人员也有游泳创建波上升至约16厘米。

在这两种环境,TARF能够准确地解码各种数据 - 如一句,“你好!从水下” - 以每秒数百位,类似于海底通信标准的数据速率。 “即使有泳客游泳周围,寻衅滋事和水流,我们能够对这些信号的快速,准确地解码,”阿迪说。

在辐射小于16厘米更高,然而,该系统不能够解码信号。接下来的步骤是,除其他事项外,炼制系统工作在粗糙的水域。 “它可以处理平静的日子,并处理一些水障碍。但[使其实用]我们需要这个对所有天,风雨无阻工作,”阿迪说。

“TARF是证明它是接收来自使用雷达空中水声传输可行的第一个系统,”阿龙舒尔曼,计算机科学与工程在加州大学圣地亚哥分校的助理教授。 “我预计这种新型雷达声科技将受益于领域的研究人员依赖于水下声学(例如,海洋生物),并且将激励科学界研究如何使雷达声链接实用和强大。”

研究人员还希望自己的系统可以最终实现一个空中无人驾驶飞机或飞机横跨水面飞行的不断回暖和解码声纳信号,因为它通过放大。

该研究是支持的,部分由美国国家科学基金会。


主题: 研究, , 无线, 无人驾驶飞机, 海洋科学, 媒体实验室, 建筑与规划学院, 美国国家科学基金会(NSF)

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