追踪被困矿工的TWIPR装置

□编译 / 李忠东

海豚智慧超群，能够在水中通过自己的声呐准确找到猎物的位置。有些海豚会在其捕猎的鱼群周围吹出很多气泡，并使这些鱼群聚在一起，被赶进包围圈。如果海豚没能在泡沫中找到猎物，那么其声呐系统就不会起到效果。

英国科学家受此启发，近日研发出一种新型的双倒脉冲雷达（TWIPR）装置。这款设备同海豚一样，可以发送两种快速演替的脉冲，定向查找半导体设备，同时消除背景噪音，追踪被困在地下的矿工以及在雪崩中被埋的滑雪者。

雷达装置是利用电磁波探测目标并测定它们空间位置的电子设备，它由雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波。雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息（目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等）。

其中测量距离原理是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成雷达与目标的精确距离。测量目标方位原理是利用天线的尖锐方位波束，通过测量仰角靠窄的仰角波束，从而根据仰角和距离就能计算出目标高度。测量速度原理是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率多普勒效应。雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。

常规的雷达装置只能发送单一的无线电脉冲，而南安普顿大学工程系教授蒂莫西·雷顿博士率领的团队以及伦敦大学学院的科学家开发的双倒脉冲雷达装置能够以正负极交替的形式成对发送脉冲，具有更高的速度和准确性。实验结果表明，它甚至可以在金属设备纷乱的环境中，将路边炸弹、窃听设备以及移动电话等装置准确他识别出来，能辨别出爆炸物内是电子装置还是类似于管子或者钉子这样的“垃圾”

“当这种新型成对脉冲撞击到植物、岩石或大多数金属表面时，它们会原样反射回来，人们就会接收到与发送时一样的正负交替的脉冲。但是当它撞击到半导体设备时，半导体设备就会将负极脉冲转化为正极脉冲，这样人们就获得了两个正极脉冲的信号。”雷顿教授在解释新型雷达装置的工作原理时解释说，“由于将一个正极脉冲叠加在另一个正极脉冲的上面，因此，人们所接收到的信号更加强烈，强度要比其它金属‘垃圾’的信号要强10万倍。”

研究人员还开发了一种与新型雷达装置配套使用的微型半导体追踪器，可以很容易地被这种脉冲设备识别出来。它的重量不到两克、成本仅为一欧元（大约合6.6人民币元）。将其安装在矿工或搜救人员头盔上面，或者滑雪者的靴子上，可用于出现紧急状况时进行追踪和搜救。

当救援人员进入坍塌的建筑或煤矿进行搜救时，可以带上这种追踪器，准确识别出被困人员的位置。如果被困人员没有佩戴这种微型追踪器，那么雷达系统也可以通过追踪手机来进行识别。即使在手机关机或电量用尽的情况下，也能够通过测试手机信号帮助找到地震后被埋的人。