平移聲學—射頻通信(TARF)：水空通信領域的重大突破

credit：123RF

如果你在電影里看到水下潛艇與飛機通信的情節，那其實是非常科幻的一幕——潛艇使用的聲納波無法到達大氣層，飛機使用的無線電波也不能很好地傳播到水面下。

所以，潛艇經常需要浮出水面發送信息，這就有可能泄露自身的位置。

然而，麻省理工學院(MIT)一支科學家團隊現在開發出了一套系統，使得水面下和空中的單位能夠相互通信，但目前數據傳輸的速度還很慢，而且只能在一個方向上通信。

「令無線信號跨越空氣—水的邊界一直是一個技術瓶頸，」高級電子研究員Fadel Adib說，「我們的想法是將障礙本身轉變為通信的媒介。」

該系統——官方稱呼為平移聲學—射頻通信(TARF)——使用來自標準聲學揚聲器的聲納信號在水面上製造出微小的、通常不會被注意到的漣漪。

這些漣漪比海洋中自然形成的最小漣漪要小約100000倍。

但是使用合適的設備——特別是由研究人員開發的新型極高頻雷達——由於它們干擾反射無線電波信號的方式，可以拾取音頻信號產生的漣漪。將它們轉化成數字信號1和0編碼。

「只要水面上出現任何形式的運動，雷達反射就會有所響應，通過拾取這些微小的角度變化，我們可以獲得與聲納信號相對應的信息編碼。」

由水下聲納引起的漣漪可能非常非常小，但是它們以比正常波浪更高的頻率(行進得更快)振動。這意味著新型雷達可以藉助精心設計的演算法來發現它們。

在水箱和兩個游泳池內進行的500次測試中，TARF被證明能夠將大量信息從水中傳播到空中，其中一條信息是：「你好啊——來自水下的問候」。

目前，新系統的數據傳輸速度有限，每秒只有數百位位元組，比老式的撥號數據機更差，但與其他水下通信方法相當。

此外，TARF僅適用於表面波高度小於16厘米的水域環境中。然而，這依然是水—空通信領域的重大突破，研究人員正在馬不停蹄地努力改進他們的方法。

或許有朝一日，全新的技術可以讓水下的設備將數據直接傳輸給無人機，而無需通過地面中繼；更方便地備份飛行記錄儀；在軍事上令潛艇和飛機保持通話。

「現在的系統已經可以在風平浪靜的日子裡實現上述目標，」Adib說，「但是[為了實用]，我們需要它在任何時間和所有天氣條件下都正常工作。」

該研究尚未發表，但論文副本將在布達佩斯SIGCOMM會議上分發給與會者。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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