Акустическая система UBL без питания для работы под водой через GPS

Акустическая система UBL без питания для работы под водой через GPS

Учеными Массачусетского технологического института разработана акустическая система, способная действовать подобно подводному устройству GPS навигации. Но главная интрига разработки видится не в технологии GPS, а в том, что устройство не требует батарей питания для работы. Акустическая система UBL, это система подводной локализации обратного рассеяния (UBL) – так официально именуется конструкция. Питается UBL за счёт отражения модулированных звуковых сигналов для генерации двоичных импульсов.

Акустическая система UBL без питания с GPS навигацией

Технология GPS-навигации оказалась настолько успешной, что общество не просто воспринимает технику как должное, но, по сути, не может полноценно работать без GPS в принципе. Помимо существенной помощи тем же автомобилистам при перемещении из одного пункта к другому, технология GPS (ГЛОНАСС) нашла великое множество применений под различные нужды.

При таком раскладе становится естественным удивление, когда три четверти поверхности Земли недоступны для GPS, если речь идёт о погружении под воду рек, морей, океанов. Этот неудачный момент связан с тем, что вода препятствует прохождению радиоволн, от которых зависит функциональность GPS (ГЛОНАСС), что делает устройство бесполезным.

Именно по этой причине подводные лодки используют гидролокатор, но не радар для исследования окружающей среды. По мнению учёных мужей Массачусетского технологического института, проблема с использованием акустики для создания подводного эквивалента GPS очевидна.

Заключается проблема в том, что генераторы акустических сигналов чрезмерно энергоемкие устройства. Правда, задача энергии практически не имеет значения для атомной подводной лодки. Но для небольших устройств, которые используют батареи для таких устройств, как акустическая система UBL, недостаток энергии может стать настоящей проблемой.

Для решения проблемы исследователи Массачусетского технологического института при поддержке Управления военно-морских исследований обратились к пьезоэлектрическим материалам. Такие материалы генерируют электрический заряд при механическом воздействии, в том числе под воздействием звуковых волн.

Разработанная учёными акустическая система UBL использует пьезоэлектрические датчики, чтобы выборочно отражать звуковые волны, излучаемые из окружающей среды, в виде обратного рассеяния. При этом сами звуковые волны используются в качестве источника энергии.

Двоичный сигнал позволяет такому устройству, как акустическая система UBL, нести информацию, которую допустимо использовать для определения местоположения. То есть — определять время, в течение которого звуковая волна отражается от датчика, а затем возвращается в пункт наблюдения.

Однако команда отмечает, что подводная среда чрезвычайно сложна. Звуковые волны отражаются от поверхности воды и от морского дна. Особые сложности проявляются на мелководье, где сигналы отражения сильнее.

Акустическая система UBL — преодоление сложностей  

Чтобы решить эту задачу, команда специалистов применила скачкообразную перестройку частоты, при которой сигналы отправляются в определённом диапазоне частот и возвращаются в разных фазах. Объединение временных данных и фазовых данных позволяет точный результат.

На данный момент акустическая система UBL прошла испытание на проверку концепции на мелководье, где освоила расстояния почти 50 см. Конечная цель — навигационная технология, позволяющая автономным транспортным средствам делать подробные карты дна океана.


При помощи информации: MIT