飞机可以使用光驱动声纳扫描海洋获得水下高分辨率图像

声纳测量声波从物体上反弹并传回接收器所需的时间，是可视化水下地形或检查海基结构物的最佳方法。不过，声纳系统必须部署在船只或浮标上，这样会使其速度变慢，并限制了它们能覆盖的区域。

然而，斯坦福大学的工程师们已经开发出一种新的光和声混合威廉希尔官方网站 。他们认为，飞机可以使用这种激光/声纳组合威廉希尔官方网站 来扫描海洋表面，以获得水下物体的高分辨率图像。关于这种概念验证机载声纳系统的相关介绍最近发表在IEEE Access杂志上 -- 可以帮助发现沉船残骸、调查海洋栖息地和发现敌方潜艇变得更容易和更快捷。

“我们的系统可以安装在无人机、飞机或直升机上，”斯坦福大学电气工程教授Amin Arbabian说。“它可以迅速部署……覆盖更大的区域。”

机载雷达和激光雷达用于以高分辨率绘制地球表面。两者都能穿透云层和森林覆盖，使它们在空中和地面上特别有用。但从空中窥视水面则是另一项挑战。声波、无线电波和光波在从空气到水中来回传播时都会很快失去能量。Arbabian说，这种衰减在浑浊的水中更为严重。

他把光和声纳这两种已知的光脉冲组合成了声纳系统。“当你把光脉冲照射到一个物体上时，它会加热并膨胀，从而产生声波，因为它使空气分子在物体周围移动。”

该小组研发的新的光声声纳系统首先向水面发射激光脉冲。水吸收了大部分的能量，产生超声波，像传统的声纳一样在水中移动。这些波从物体上反弹，一些反射波从水中返回到空气中。

在这一点上，声波回声会损失大量能量，因为它们穿过水-空气屏障，然后在空气中传播。这里是团队设计的另一个关键部分。

为了探测空气中微弱的声波，研究小组使用了一种超灵敏的微机械装置，这个装置的名字叫空气耦合电容式微机械超声换能器（capacitive micromachined ultrasonic transducer，CMUT），这些装置是一个简单的电容器，当受到超声波的冲击时，它会振动，它们在探测空气中的声波时非常有效，而且Arbabian一直在研究CMUT传感器在远程超声成像中的应用。通过专门的软件处理检测到的超声波信号，以重建水下物体的高分辨率三维图像。

研究人员通过将不同高度和直径的金属棒放在一个25厘米深的装满清水的大鱼缸中进行成像来测试这个系统。CMUT探测器位于水面以上10厘米处。

下一步，他们计划对放置在游泳池中的物体进行成像，他们将不得不使用更强大的激光源，在深水中工作。他们还想改进该系统，使其能与波一起工作，因为波会使信号失真，使检测和图像重建更加困难。Arbabian说：“这个概念证明是为了表明你能透过空气-水界面看到东西。这是这个问题最难解决的部分。一旦我们能够证明它是有效的，它就可以扩展到更大的深度和更大的物体。”

原文标题：光驱动声纳可以从空中探测海洋

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责任编辑：haq