光声技术允许机载水下成像

　　斯坦福大学研制的机载光声成像系统可以在生物海洋调查和寻找沉船中起到重要作用。这个器件能够突破空气和水之间的屏障，这曾是空中勘测的主要障碍。微波雷达和激光雷达等技术已证明对勘测土地很有用。然而由于电磁波吸收问题，它们不支持海洋调查。相反，声纳一直是这些应用的首选方法，尽管使用该技术时声纳器件必须淹没在水下。这个过程可能会缓慢、昂贵而且效率低下。声波无法从空气进入水中而不失去大部分能量，而被反射回的声波由于不得不再次突破该屏障从而再次发生能量损失。

　　

　　为了克服这些障碍，斯坦福大学的研究人员发挥每种介质的长处：声音和光束。斯坦福大学电子工程专业研究生Aidan Fitzpatrick说：“如果我们能在空气中使用光，空气是光束传播良好媒介。而在水中使用声音，水是声音传播良好媒介，我们就可以组合在一起。得到世界上最好的结果。”研究人员转向光声，创造了光声机载声纳系统（PASS）。在系统中，激光向水面发射，其光束被吸收，但是会产生超声波通过水柱向下传播，遇到水下物体被反射回水面。由于激光照射到水面，超声波在水下传播，所以它们的能量只通过反射消耗一次。

　　

　　这项研究的负责人和电子工程系副教授Amin Arabian说，"我们已经开发出一个足够灵敏的系统，可以补偿这种强度的损失，并且仍然允许信号检测和成像。"传感器记录返回的超声波，然后由软件解码将信号重建成三维图像。Arabian说：“ 与光折射的方式类似，或'弯曲'，当它通过水或任何比空气密度大的介质时，超声波也折射，我们的图像重建算法纠正了超声波从水进入空气时发生的这种弯曲。”

　　

　　迄今为止，该系统只用在了一个尺寸为大型鱼缸的容器中。Fitzpatrick说：“目前的实验是使用静止的水，但我们目前正在努力处理水波。这是一个具有挑战性的问题，但我们认为这是一个可解决的问题。” 研究人员认为这项技术最终将能与声纳系统竞争，能够达到数百到数千米的深度。

　　

　　研究人员下一步计划在更大的环境中测试器件，并最终在开放水域环境中进行测试。 Fitzpatrick说：“我们对这项技术的期望是使用直升机或无人机。我们预计该系统能够在几十米左右的水面上飞行。”

　　

　　这项研究发表在《IEEE Access》上。（www.doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3031808） 。