211service.com
Bezprzewodowy z wody do powietrza
Ilustracja łodzi podwodnej transmitującej fale na powierzchnię oceanu. Nad głową leci odrzutowiec. Jerzy Wylesoł
Naukowcy z MIT Media Lab podjęli krok w kierunku rozwiązania od dawna wyzwania związanego z komunikacją bezprzewodową: bezpośrednia transmisja danych między urządzeniami podwodnymi i powietrznymi.
Obecnie czujniki podwodne nie mogą dzielić się danymi z czujnikami na lądzie, ponieważ oba wykorzystują sygnały bezprzewodowe, które działają tylko w ich odpowiednich mediach. Sygnały radiowe przemieszczające się w powietrzu szybko giną w wodzie; Sygnały akustyczne lub sonar wysyłane przez urządzenia podwodne najczęściej odbijają się od powierzchni bez przebijania się. Boje zostały zaprojektowane do zbierania fal sonaru, przetwarzania danych i wysyłania sygnałów radiowych do odbiorników powietrznych. Mogą jednak odpłynąć i zgubić się, a wiele z nich jest potrzebnych do pokrycia dużych obszarów.
Adiunkt Fadel Adib i jego doktorant Francesco Tonolini rozwiązują ten problem za pomocą bezpośredniego systemu transmisji podwodnej do powietrza, zwanego translacyjną komunikacją akustyczno-RF (TARF). Próby przekroczenia granicy powietrze-woda za pomocą sygnałów bezprzewodowych były przeszkodą. Naszym pomysłem jest przekształcenie samej przeszkody w środek komunikacji, mówi Adib.
W systemie standardowy głośnik akustyczny przesyła sygnały sonaru na powierzchnię wody, które przemieszczają się jako fale ciśnienia o różnych częstotliwościach, odpowiadające różnym bitom danych. Aby wysłać 0 nadajnik może wysłać, powiedzmy, falę o częstotliwości 100 Hz; dla jeden , może transmitować falę 200 Hz. Kiedy sygnał dociera do powierzchni, powoduje powstawanie drobnych zmarszczek na wodzie, o wysokości zaledwie kilku mikrometrów, odpowiadających tym częstotliwościom.
W powietrzu nad nadajnikiem znajduje się radar o bardzo wysokiej częstotliwości, który przetwarza sygnały w zakresie fal milimetrowych transmisji bezprzewodowej w zakresie od 30 do 300 gigaherców. Radar — który wygląda jak para stożków — wysyła sygnał radiowy, który odbija się od wibrującej powierzchni i odbija się z lekko zmodulowanym kątem odpowiadającym przesłanym danym. Wibracje na powierzchni wody reprezentujące 0 bit, na przykład, spowoduje, że kąt odbitego sygnału będzie wibrował z częstotliwością 100 Hz. Ten bit jest następnie dekodowany.
Naukowcy przetestowali TARF w basenach w MIT, z pływakami zakłócającymi otaczającą wodę. Nadajnik był zanurzony do 3,5 metra pod powierzchnią, a odbiornik znajdował się do 30 centymetrów nad powierzchnią. TARF dokładnie dekodował wiadomości — takie jak Hello! z podwodnych — z szybkością setek bitów na sekundę, zbliżoną do standardowych szybkości transmisji danych w komunikacji podwodnej. Artykuł opisujący system i wyniki został zaprezentowany na tegorocznej konferencji Sigcomm.
System może otworzyć nowe możliwości dla komunikacji woda-powietrze, mówi Adib. Wojskowe okręty podwodne mogły komunikować się z samolotami bez wynurzania i narażania ich lokalizacji. Podwodne drony, które monitorują życie morskie, nie musiałyby stale wynurzać się z głębokich nurkowań, aby wysyłać dane naukowcom, co jest nieefektywne i kosztowne. System może również pomóc w znajdowaniu samolotów zagubionych pod wodą. Adib mówi, że nadajniki akustyczne mogą być zaimplementowane, powiedzmy, w czarnej skrzynce samolotu. Następnie mogliby okresowo wysyłać sygnały do odszyfrowania samolotów poszukiwawczych.