超声波驱动的无线水下声学识别标签用于反射传播通信
IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control
|December 18, 2023
概括
本研究引入了一种用于自动水下车辆 (AUV) 的新型声学识别 (AID) 标签. 这种被动标签可以通过收集能量和使用声信号无线通信来改善水下导航和定位.
科学领域:
- 机器人技术和自主系统
- 声学通信和信号处理
- 水下导航和定位系统
背景情况:
- 自主水下车辆 (AUV) 的运行受到当前水下定位和导航技术的重大限制.
- 开发被动,低成本的声学标记器对于提高AUV情境意识至关重要,特别是在狭窄或小规模的水下环境中.
- 现有的解决方案往往需要主动电源,限制部署灵活性和增加运营成本.
研究的目的:
- 为无线电力传输和反散射通信提供一种新的声学识别 (AID) 标签.
- 为AUV展示一个规模化的原型,能够同时收集能源和传输数据.
- 探索AID标签的潜力,以改善AUV导航,路由,定位和对接功能.
主要方法:
- 开发一个规模化的宽带AID标签原型,使用定制的基于宽带阻抗匹配的传感器.
- 实现频域复杂化,同时采集声能 (大约1.3 MHz) 和反射传播 (600-800 kHz).
- 使用基于振幅和频率的调制进行数据通信,实现数据速率高达200kb/s.
- 使用线性频率调制数据载体在低信号噪声比 (SNR) 环境 (低至-6dB) 中测试稳定性.
主要成果:
- 成功演示了一种规模化的AID标签原型,同时采集声能和反射传播.
- 在低SNR条件下实现了高达200kb/s的数据速率,具有稳健的通信.
- 验证了使用宽带方案和频域多重化来实现高效的水下声通信.
结论:
- 开发的AID标签提供了一个低成本的被动解决方案,用于增强AUV本地化和导航.
- 这项技术对短程AUV应用具有重大前景,包括定向和对接.
- 进一步开发全面的设备可以彻底改变AUV在具有挑战性的水下环境中的操作能力.
