追蹤被困礦工的TWIPR裝置

□編譯 / 李忠東

海豚智慧超群，能夠在水中通過自己的聲吶準確找到獵物的位置。有些海豚會在其捕獵的魚群周圍吹出很多氣泡，并使這些魚群聚在一起，被趕進包圍圈。如果海豚沒能在泡沫中找到獵物，那么其聲吶系統(tǒng)就不會起到效果。

英國科學(xué)家受此啟發(fā)，近日研發(fā)出一種新型的雙倒脈沖雷達（TWIPR）裝置。這款設(shè)備同海豚一樣，可以發(fā)送兩種快速演替的脈沖，定向查找半導(dǎo)體設(shè)備，同時消除背景噪音，追蹤被困在地下的礦工以及在雪崩中被埋的滑雪者。

雷達裝置是利用電磁波探測目標并測定它們空間位置的電子設(shè)備，它由雷達設(shè)備的發(fā)射機通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的電磁波。雷達天線接收此反射波，送至接收設(shè)備進行處理，提取有關(guān)該物體的某些信息（目標物體至雷達的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等）。

其中測量距離原理是測量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時間差，因電磁波以光速傳播，據(jù)此就能換算成雷達與目標的精確距離。測量目標方位原理是利用天線的尖銳方位波束，通過測量仰角靠窄的仰角波束，從而根據(jù)仰角和距離就能計算出目標高度。測量速度原理是雷達根據(jù)自身和目標之間有相對運動產(chǎn)生的頻率多普勒效應(yīng)。雷達接收到的目標回波頻率與雷達發(fā)射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。從多普勒頻率中可提取的主要信息之一是雷達與目標之間的距離變化率。當(dāng)目標與干擾雜波同時存在于雷達的同一空間分辨單元內(nèi)時，雷達利用它們之間多普勒頻率的不同能從干擾雜波中檢測和跟蹤目標。

常規(guī)的雷達裝置只能發(fā)送單一的無線電脈沖，而南安普頓大學(xué)工程系教授蒂莫西·雷頓博士率領(lǐng)的團隊以及倫敦大學(xué)學(xué)院的科學(xué)家開發(fā)的雙倒脈沖雷達裝置能夠以正負極交替的形式成對發(fā)送脈沖，具有更高的速度和準確性。實驗結(jié)果表明，它甚至可以在金屬設(shè)備紛亂的環(huán)境中，將路邊炸彈、竊聽設(shè)備以及移動電話等裝置準確他識別出來，能辨別出爆炸物內(nèi)是電子裝置還是類似于管子或者釘子這樣的“垃圾”

“當(dāng)這種新型成對脈沖撞擊到植物、巖石或大多數(shù)金屬表面時，它們會原樣反射回來，人們就會接收到與發(fā)送時一樣的正負交替的脈沖。但是當(dāng)它撞擊到半導(dǎo)體設(shè)備時，半導(dǎo)體設(shè)備就會將負極脈沖轉(zhuǎn)化為正極脈沖，這樣人們就獲得了兩個正極脈沖的信號。”雷頓教授在解釋新型雷達裝置的工作原理時解釋說，“由于將一個正極脈沖疊加在另一個正極脈沖的上面，因此，人們所接收到的信號更加強烈，強度要比其它金屬‘垃圾’的信號要強10萬倍。”

研究人員還開發(fā)了一種與新型雷達裝置配套使用的微型半導(dǎo)體追蹤器，可以很容易地被這種脈沖設(shè)備識別出來。它的重量不到兩克、成本僅為一歐元（大約合6.6人民幣元）。將其安裝在礦工或搜救人員頭盔上面，或者滑雪者的靴子上，可用于出現(xiàn)緊急狀況時進行追蹤和搜救。

當(dāng)救援人員進入坍塌的建筑或煤礦進行搜救時，可以帶上這種追蹤器，準確識別出被困人員的位置。如果被困人員沒有佩戴這種微型追蹤器，那么雷達系統(tǒng)也可以通過追蹤手機來進行識別。即使在手機關(guān)機或電量用盡的情況下，也能夠通過測試手機信號幫助找到地震后被埋的人。