研究人员正在部署无电池定位系统——水下反向散射定位（UBL）。
全球定位系统（GPS）如今广泛应用于航运、导航和广告等领域，人类已经很难摆脱其“掌控”。这种基于无线电波技术的导航系统正悄悄改变世界，然而，它并没能改变海洋——无线电波在水中会迅速瓦解。因此，人们常将声波作为海底通信、数据传输的有效载体
。可是，发送声波的设备通常需要搭配电池，电池体积庞大、寿命较短且需要定期更换，给声波传输带来诸多不便。
那么我们能够“抛弃”电池吗？美国麻省理工学院（MIT）研究人员给出了肯定答复。
techxplore.com网站当地时间11月2日报道，MIT媒体实验室信号动力学组的研究人员展示了一种无电池定位系统：水下反向散射定位（UBL）。
UBL自身不会发射声波信号，而是从环境中反射调制信号，因此，它能够以“零能耗”模式为使用者提供位置信息。
Fadel Adib是该项目的研究人员，他的团队尝试将此前用于低功率声波信号的压电材料引入声波设备。压电传感器可以利用自身电荷，选择性地将部分声波反射回环境中。而另一接收器则负责将反射序列（即反向散射）转换为二进制模式，最终反馈海洋温度或盐度等信息。
原则上讲，该技术也可以用于提供位置信息：观测单元可以发射声波，记录声波从压电传感器反射到观测单元的时间。通过计算，我们便可获知观察者和压电传感器之间的距离。
然而在实践中，这种反向散射的时间测定极度复杂，因为海洋宛如一个巨大的回音室，各种背景噪声会对测定造成严重干扰。
研究人员利用“跳频”解决了反射问题——观测单元发送一系列不同频率的信号，由于每个频率信号的波长不同，所以反射声波以不同相位回到观测单元。结合时间和相位信息，观察者可以确定自身与跟踪装置的距离。
跳频方案在深水模拟实验中显示了可行性，但研究人员还需要额外的保障来排除浅水区噪音干扰。为此，他们不得不降低比特率，以延长每一信号的发送间隔时间。在浅水区，研究人员必须将比特率降低到100比特/秒（深水为2000比特/秒），才能从跟踪器获得清晰的反射信号。
然而，降低比特率不能解决所有问题。为精准跟踪移动物体，研究人员实际上需要较高的比特率。目前，Adib团队正在努力改进UBL技术，试图解决这种不同目的所需比特率之间的矛盾。
未来，UBL也许能够成为海洋保护人员、气候科学家和军事工作人员的重要工具。
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：陈之涵
来源：第19届ACM网络热点专题研讨会
原文链接：
https://techxplore.com/news/2020-11-underwater-powered.html
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