水下導航將迎來「零能耗」時代

2020-11-04 科技工作者之家


研究人員正在部署無電池定位系統——水下反向散射定位（UBL）

全球定位系統（GPS）如今廣泛應用於航運、導航和廣告等領域，人類已經很難擺脫其「掌控」。這種基於無線電波技術的導航系統正悄悄改變世界，然而，它並沒能改變海洋——無線電波在水中會迅速瓦解。因此，人們常將聲波作為海底通信、數據傳輸的有效載體

。可是，發送聲波的設備通常需要搭配電池，電池體積龐大、壽命較短且需要定期更換，給聲波傳輸帶來諸多不便。

那麼我們能夠「拋棄」電池嗎？美國麻省理工學院（MIT）研究人員給出了肯定答覆。

techxplore.com網站當地時間11月2日報導，MIT媒體實驗室信號動力學組的研究人員展示了一種無電池定位系統：水下反向散射定位（UBL）。

UBL自身不會發射聲波信號，而是從環境中反射調製信號，因此，它能夠以「零能耗」模式為使用者提供位置信息。

Fadel Adib是該項目的研究人員，他的團隊嘗試將此前用於低功率聲波信號的壓電材料引入聲波設備。壓電傳感器可以利用自身電荷，選擇性地將部分聲波反射迴環境中。而另一接收器則負責將反射序列（即反向散射）轉換為二進位模式，最終反饋海洋溫度或鹽度等信息。

原則上講，該技術也可以用於提供位置信息：觀測單元可以發射聲波，記錄聲波從壓電傳感器反射到觀測單元的時間。通過計算，我們便可獲知觀察者和壓電傳感器之間的距離。

然而在實踐中，這種反向散射的時間測定極度複雜，因為海洋宛如一個巨大的回音室，各種背景噪聲會對測定造成嚴重幹擾。

研究人員利用「跳頻」解決了反射問題——觀測單元發送一系列不同頻率的信號，由於每個頻率信號的波長不同，所以反射聲波以不同相位回到觀測單元。結合時間和相位信息，觀察者可以確定自身與跟蹤裝置的距離。

跳頻方案在深水模擬實驗中顯示了可行性，但研究人員還需要額外的保障來排除淺水區噪音幹擾。為此，他們不得不降低比特率，以延長每一信號的發送間隔時間。在淺水區，研究人員必須將比特率降低到100比特/秒（深水為2000比特/秒），才能從跟蹤器獲得清晰的反射信號。

然而，降低比特率不能解決所有問題。為精準跟蹤移動物體，研究人員實際上需要較高的比特率。目前，Adib團隊正在努力改進UBL技術，試圖解決這種不同目的所需比特率之間的矛盾。

未來，UBL也許能夠成為海洋保護人員、氣候科學家和軍事工作人員的重要工具。

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：西莫

責編：陳之涵

來源：第19屆ACM網絡熱點專題研討會

原文連結：

https://techxplore.com/news/2020-11-underwater-powered.html

版權聲明：本文由科界平臺原創編譯，中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。轉載請註明來源科技工作者之家—科界App。

相關焦點

  • 水下導航將迎「零能耗」時代
    研究人員正在部署無電池定位系統——水下反向散射定位（UBL）。全球定位系統（GPS）如今廣泛應用於航運、導航和廣告等領域，人類已經很難擺脫其「掌控」。這種基於無線電波技術的導航系統正悄悄改變世界，然而，它並沒能改變海洋——無線電波在水中會迅速瓦解。因此，人們常將聲波作為海底通信、數據傳輸的有效載體。
  • 水下導航迎來「零能耗」時代
    研究人員正在部署無電池定位系統——水下反向散射定位（UBL）。全球定位系統（GPS）如今廣泛應用於航運、導航和廣告等領域，人類已經很難擺脫其「掌控」。這種基於無線電波技術的導航系統正悄悄改變世界，然而，它並沒能改變海洋——無線電波在水中會迅速瓦解。因此，人們常將聲波作為海底通信、數據傳輸的有效載體。
  • MIT無電池水下導航系統
    麻省理工學院已經開發了一種新的水下導航系統。該系統試圖做到類似GPS在地面或空中提供導航一樣的提供水下方向引導。GPS幾乎無法到達水下。這是因為電磁波和水不相容。這就是為什麼在潛艇中使用聲納的原因。聲納發出聲波並測量其他水下物體和海床的反射。然而，諸如聲納的音頻信號系統通常消耗大量功率。因此，麻省理工學院的新型無電池系統具有巨大的潛力。
  • 零能耗設計實驗室用空心混凝土立面創造了女孩宿舍樓
    總部位於新德裡的設計工作室零能耗設計實驗室(Zero Energy Design Lab)在印度古爾格拉姆(Gurugram)建成了一座帶有多孔混凝土立面和外部樓梯的女子宿舍樓。聖安德魯斯技術與管理學院的女孩宿舍區的設計借鑑了鄰近男孩宿舍區的設計靈感，並採用了相同的混凝土和磚石材質配色，而對角樓梯則增加了人們對公寓的興趣。正面。
  • 論文推薦 | 水下滑翔機導航技術發展現狀與展望
    水下潛器組合導航定位及數據融合技術研究[D]. 南京: 南京理工大學, 2009.[5]趙輝. 基於水下航行器導航定位及信息融合技術研究[D]. 南京: 南京理工大學, 2007.[6]張紅梅, 趙建虎, 楊鯤, 等. 水下導航定位技術[M]. 武漢: 武漢大學出版社, 2010.
  • 北鬥導航完美收官,創造三個世界第一,可將導航定位達到「零誤差」
    從20世紀80年代開始，中國就開始探索適合國情的衛星導航系統發展道路，並形成了「三步走」的發展戰略：第一步就是建設北鬥一號系統，該系統建設完成後，將可以為中國用戶提供定位、授時、廣域差分和短報文通信服務。第二步是建設北鬥二號系統，該系統建設完成後，將可以為亞太地區用戶提供服務。
  • ...重大基礎研究發現利用石墨烯開發零能耗納米器件的新型層狀超導體
    具有二維層狀結構的化合物將表現出多種功能，例如高溫超導性和熱電轉換。它不僅具有功能性，而且可能發生由二維電子態引起的特殊物理現象，這也是具有二維層狀結構的化合物的特徵。科學家們一直期待著發現具有前所未有的新特徵的新的層狀化合物。這項研究的結果首次發現4層鉍基層狀化合物具有體超導電性。藉此機會，有望加快4層導電鉍基層狀化合物功能材料的開發。
  • 水下機器人的種類及國內現狀
    水下機器人將成為未來水下戰爭中爭奪信息優勢、實施精確打擊與智能攻擊、完成戰場中特殊作戰任務的重要設備之一。目前正處於飛速發展階段。1、海洋資源的研究和開發佔地球表面積71%的海洋是是一個富饒而遠未得到開發的資源寶庫，也是兵戎相見的戰場。
  • 北鬥衛星導航系統副總設計師楊元喜:北鬥人又迎來新起點
    未來北鬥將如何「導航」人們的生活？中國的北鬥人下一步有怎樣的目標？近日，中國科學院院士、北鬥衛星導航系統副總設計師楊元喜接受新華網記者獨家連線採訪，講述他眼中的「北鬥」。　　全球組網 北鬥具有裡程碑意義的一刻　　「終於完成了全球的組網，心情是很激動的。」楊元喜說。
  • 北鬥衛星導航系統副總設計師楊元喜：北鬥人又迎來新起點
    新華網北京7月31日電(記者 李由 陳杰)7月31日，北鬥三號全球衛星導航系統正式開通。從北鬥一號到北鬥三號，26年間，從無到有，從追趕到並肩，從中國走向世界。未來北鬥將如何「導航」人們的生活？中國的北鬥人下一步有怎樣的目標？近日，中國科學院院士、北鬥衛星導航系統副總設計師楊元喜接受新華網記者獨家連線採訪，講述他眼中的「北鬥」。
  • 水下、室內、深空導航！丨權威發布
    國務院新聞辦公室8月3日上午舉行新聞發布會，中國衛星導航系統管理辦公室主任、北鬥衛星導航系統新聞發言人冉承其介紹，中國計劃在2035年前建成更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系。我們應該如何理解國家綜合定位導航授時體系？它將有哪些絕活？冉承其介紹，系統的連續、穩定、高可靠運行是當務之急，我們有信心、有能力、有決心做好。
  • 臨水入海 能耗大戶數據中心的「水時代」
    經濟觀察報 記者 饒賢君 數據走上雲端的時代，承載線上數據的空間載體——數據中心，成為各大巨頭企業爭相加碼建設的新基建核心標的。集中了成千上萬的伺服器機櫃，數據中心是不折不扣的「能耗大戶」。瑞典研究機構發布的「消費者總功耗預測"評估報告顯示，到2025年，數據中心將佔全球ICT（信息通信技術）行業33%的能耗份額，全行業4.5%的能耗份額。
  • 神奇:「日光燈」不用電「空調房」零能耗(組圖)
    原來，這「日光燈」是通過採光罩、光導纖維和散光裝置將室外自然光「聚焦」到室內，不用電，也不需要燈泡和電線。只要借道通風管，光導纖維就能將室外陽光「拐彎抹角」引入室內照明，亮度相當於4盞80瓦的普通日光燈。　　「太神了！」石小姐嘖嘖稱奇，可當她得知這樣一套裝置要1000元時，還是驚訝地伸了伸舌頭：「那麼貴，看來還不是人人能用上！」不過很快，她就找到了自己能夠承擔的節能設備。
  • 衛星導航系統一腳跨入GNSS時代 ,我們離「零交通事故」還遠嗎?
    本文轉載自微信公眾號「北鬥安全研究院」，原標題《全球衛星導航系統的現狀與進展》。億歐智慧城市對文章進行二次編輯，供讀者參考。編者按：曾有教授預言，基於5G技術構建的「智慧城市」的市內交通，事故率將越來越趨近於零。這要依賴5G，但同時離不開衛星定位導航的功勞。
  • 日本:重基礎研究發現新型層狀超導體 利用石墨烯開發零能耗納米器件
    明確石墨烯超導材料原子排列，有望實現零能耗高速納米器件。東京大學、早稻田大學、日本原子能研究開發機構、高能加速器研究機構等組成的研究小組，利用「全反射高速正電子衍射法」（TRHEPD法）的實驗方法，首次明確了碳原子層物質石墨烯與鈣形成的具有超導特性的二維化合物的原子排列。另外研究小組通過實驗確認，這種原子排列顯示出電阻為零的超導現象。
  • 火星將迎來「氧氣時代」?
    近年來，科學家們開始將目光放在了火星的「液態水」上，自從2008年NASA第一次在火星上發現了液態水的存在，過去的12年裡，火星一直都不斷為人類製造著諸多的驚喜。    但是火星的液態水和我們理解中的液態水不同，它其實是一個個的鹹水湖，也就是說，它無法供人類飲用，也無法供人類使用，那麼，是不是意味著火星改造徹底宣告失敗了呢？並不盡然，在科學家們的眼中，火星上的這些鹹水，可是有大用處。
  • 寧德時代董事長曾毓群:未來5年 鋰產業市場將迎來井噴期
    寧德時代新能源科技股份有限公司創始人、董事長曾毓群出席並發表演講。曾毓群表示，未來5年，鋰產業市場將迎來井噴期，快速進入TWh時代，高效率、高品質的交付是重要的核心競爭力。寧德時代新能源科技股份有限公司創始人、董事長曾毓群 圖片來源：中國電動汽車百人會曾毓群稱，2020年是極其特殊的一年，全球對綠色發展更加關注。
  • 自主式水下機器人水下對接技術綜述
    目前，國外研究水下對接的國家主要有美國、日本、挪威、瑞典、英國和義大利等，國內對水下對接技術研究的具有代表性的研究機構主要有中國科學院瀋陽自動化研究所、浙江大學、哈爾濱工程大學以及中國船舶科學研究中心等。總結國內外已有的水下對接系統，主要有5種形式：水下箱（籠）式對接、機械手或載體輔助式對接、杆類引導對接、平臺阻攔索式對接和喇叭口式引導對接。本文將對不同的水下對接系統進行介紹。
  • 【MOC】零 MOC 「赫菲斯託斯」號
    這是一個和地球很像的平行世界，進入蒸汽時代已經好幾百年，但此時文明前進的腳步突然停止了，遲遲沒有進入同地球類似的電氣時代。
  • 「海e行智慧版」移動智能導航開啟新大航海時代
    「陸上導航有高德和百度，但海上的移動智能導航卻還是空白。」 浙江易航海信息技術有限公司董事長吳德仁介紹，「海e行智慧版」是一款面向江海聯運的基於「網際網路+」的平臺型海洋大數據應用。該APP著眼於市場實際需求，綜合了電子海圖、水文氣象、船位、POI信息等多元數據，為江海船舶提供綜合查詢功能和智能導航服務。