一個看不見的拼圖

進(jìn)入光聲機載聲納系統(tǒng)（PASS），該系統(tǒng)將光和聲結(jié)合起來，穿過空氣-水界面。光聲方法的想法源于另一個項目，該項目使用微波對地下植物根進(jìn)行“非接觸式”成像和表征。PASS的某些儀器最初是與斯坦福大學(xué)電氣工程教授Butrus Khuri-Yakub的實驗室合作設(shè)計的。

從本質(zhì)上講，PASS發(fā)揮了聲音的獨特優(yōu)勢。Fitzpatrick說：“如果我們可以在光傳播良好的空中使用光，而在聲音傳播良好的水中使用光，則我們可以同時兼顧兩者?！?/span>

為此，光聲系統(tǒng)首先從被水吸收的空氣中發(fā)射激光。吸收激光后，它會產(chǎn)生超聲波，該超聲波向下傳播通過水柱，并反射回水下物體，然后再返回地面。

實驗室中的實驗光聲機載聲納系統(tǒng)設(shè)置（左）。使用反射的超聲波（右）以3D方式重建淹沒在水下（中間）的斯坦?！?S”。

返回的聲波在破壞水面時仍會消耗掉大部分能量，但是通過使用激光在水下產(chǎn)生聲波，研究人員可以防止兩次發(fā)生能量損失。

Arbabian解釋說：“我們已經(jīng)開發(fā)了一種足夠靈敏的系統(tǒng)，可以補償這種數(shù)量級的損耗，并且仍然可以進(jìn)行信號檢測和成像。與光通過水或比空氣密度更高的任何介質(zhì)時，光如何折射或'彎曲'相似，超聲波也會折射 。我們的圖像重建算法可以糾正超聲波從水傳到空氣中時發(fā)生的彎曲?！?。

反射的超聲波由稱為換能器的儀器記錄。然后使用軟件將聲信號像看不見的拼圖一樣拼湊在一起，并重建淹沒特征或物體的三維圖像。

無人機海洋調(diào)查

常規(guī)的聲納系統(tǒng)可以穿透數(shù)百至數(shù)千米的深度，研究人員預(yù)計他們的系統(tǒng)最終將能夠達(dá)到類似的深度。

迄今為止，PASS僅在實驗室中用大魚缸大小的容器進(jìn)行了測試。Fitzpatrick說：“目前的實驗使用的是靜態(tài)水，但我們目前正在努力應(yīng)對水浪。這是一個挑戰(zhàn)，但我們認(rèn)為是可行的問題?！?/p>

研究人員說，下一步將是在更大的環(huán)境中進(jìn)行測試，并最終在露天環(huán)境中進(jìn)行測試。

Fitzpatrick說：“我們對這種技術(shù)的愿景是在直升機或無人機上。希望該系統(tǒng)能夠在水面數(shù)十米的高度飛行。”