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(zhǔn)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(jìn)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(dá)（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(dá)裝置是利用電磁波探測目標(biāo)并測定它們空間位置的電子設(shè)備，它由雷達(dá)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(dá)天線接收此反射波，送至接收設(shè)備進(jìn)行處理，提取有關(guān)該物體的某些信息（目標(biāo)物體至雷達(dá)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(dá)與目標(biāo)的精確距離。測量目標(biāo)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(biāo)高度。測量速度原理是雷達(dá)根據(jù)自身和目標(biāo)之間有相對運動產(chǎn)生的頻率多普勒效應(yīng)。雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波頻率與雷達(dá)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(dá)與目標(biāo)之間的距離變化率。當(dāng)目標(biāo)與干擾雜波同時存在于雷達(dá)的同一空間分辨單元內(nèi)時，雷達(dá)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(biāo)。

常規(guī)的雷達(dá)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(tuán)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(dá)裝置能夠以正負(fù)極交替的形式成對發(fā)送脈沖，具有更高的速度和準(zhǔn)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(zhǔn)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(fù)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(fù)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?！崩最D教授在解釋新型雷達(dá)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(dá)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(jìn)行追蹤和搜救。

當(dāng)救援人員進(jìn)入坍塌的建筑或煤礦進(jìn)行搜救時，可以帶上這種追蹤器，準(zhǔn)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(dá)系統(tǒng)也可以通過追蹤手機來進(jìn)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。