水下正常通信交流？科学家研发可在潜水员之间传输水下信息的智能手机应用

2022-09-01 16:08:47  信息编号：K223404  浏览次数：104

当谈到在水下相互交流时，潜水员通常使用手势或写字板，不过这两种方式都有局限性。为了寻求一个更简单和更实惠的替代方案，华盛顿大学的一个团队开发了一个可以在水下外壳的智能上使用的应用。它被命名为AquaApp，允许用户在240条预设信息中进行选择，这些信息跟潜水员使用的手势相对应。

该软件可以在任何现有的智能或智能手表上使用。传统专业潜水员需要学习水下交流用的数百个手势，或者休闲潜水员使用的大约 20 个手势。有了该技术就可以减轻潜水员的负担。

“智能依靠 Wi-Fi 和蓝牙等无线电信号进行无线通信。这些信号在水下不能很好地传播，但声学信号可以，”华盛顿大学博士生陈拓超在一份声明中说。

“通过 AquaApp，我们使用智能和智能手表上广泛使用的扬声器和麦克风演示水下消息传递，”Chen 说。“除了在上下载应用程序外，人们唯一需要的就是防水壳，根据潜水深度进行评级。”

为了使系统正常运行，AquaApp 界面使用户能够从 240 条与手势信号相对应的预设消息列表中进行选择。这创建了一个专业潜水员已经熟悉的平台，但为了进一步增强这一点，20 个最常见的信号被突出显示在屏幕上并且易于访问。

消息可以根据八种类别进行过滤，包括环境因素、方向因素和设备状态。

凭借该应用程序的所有优点，有一些基本的技术问题会影响水下消息的发送和接收。

与空中传输相比，水下通信面临着自身的挑战。信号强度存在波动，海岸线、水体底部和表面的反射加剧了这种波动。由人类、波浪或其他物体（如鱼）引起的运动会干扰数据传输。为了在现实世界中使用 AquaApp，科学家们必须考虑到不同智能型号的扬声器和麦克风的不同特性。

在移动的电流中移动位置和智能的接近度是一个挑战。周围的船只、动物甚至低空飞行的飞机也发出噪音。为了解决这些问题，开发了一种算法，可以解释设备之间距离、噪声和频率响应的变化，优化每次传输的比特率和声频。

该过程以某种方式工作，以防止干扰。当一个用户打算向另一个用户发送消息时，AquaApp 会向另一个设备发送一个快速注释（声音）。在第二台设备上，AquaApp 运行算法来确定研究人员称之为序言（注）的最佳参数。

有一个水下网络功能，60 个唯一用户可以同时在同一个网络中。这类似于 Wi-Fi 网络，但在水下。AquaApp 的最后一个方面是范围，30 米似乎是设备之间的理想距离。但测试测量的范围可达 113 米，深度为 12 米。

似乎有一个共识，AquaApp 类似于互联网的早期形式，称为 ARPANET。研究小组声称，这项技术可以为大众带来水下通信。

AquaApp 是开源代码，每个人都可以下载并在他们的智能和智能手表上使用。

结果表明，系统可以实时调整其频带并实现 100 bps 至 1.8 kbps 的比特率和 30 m 的范围。通过使用 10--20 bps 的较低比特率，我们可以进一步将范围扩大到 100 m。随着智能和手表越来越多地用于水下场景，我们基于软件的方法有可能使拥有移动设备的任何人都可以广泛使用水下消息传递功能。