对阳光偏振模式的研究可能催生出GPS的水下替代品

来源：cnBeta 　2023-07-11 05:57:29

(资料图片)

GPS 的功能是计算用户相对于四颗或更多卫星的位置，所有这些卫星都在已知位置绕地球运行。不过，该系统只有在能够接收来自这些卫星的无线电信号的情况下才能工作，而且这些信号不能很好地通过水传播。因此，潜水员、潜艇、遥控潜水器或其他任何设备都无法在水下使用该技术。

然而，科学家们已经开发出一种可能的替代方案，即分析太阳光被水偏振的方式的系统。

尽管液体会使光偏振，但阳光在水中的传播效果比无线电波好得多。这意味着光波不是像在空气中那样向多个方向传播，而是沿着一个平面向一个方向传播。该方向主要由阳光照射水面的角度决定，该角度根据日期、一天中的时间（太阳的高度）和地理位置而变化。

考虑到这一事实，由 Viktor Gruev 和 David Forsyth 教授领导的伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校团队首先使用配备特殊镜头的水下相机拍摄了大约 1000 万张照片。该镜头揭示了四个地点的水下偏振模式，即伊利诺伊州的一个淡水湖、佛罗里达群岛的沿海水域、佛罗里达州坦帕市的一个海湾和北马其顿国家的一个湖泊。

这些照片是在不同日期、不同时间、不同深度的水况下拍摄的，从清澈到浑浊，每张照片都标有这些数据。他们建立了一个数据库，用于训练神经网络，该网络了解偏振模式如何根据上述因素以可预测的方式变化。

该网络随后能够根据日期、时间和偏振模式确定相机拍摄水下照片的地理位置。该系统目前的精确范围为 40 至 50 公里（25 至 31 英里），不过随着技术的进一步发展，这一数字应该会明显提高。它仅限于在大约 300 m（984 英尺）的最大深度使用，因为阳光无法穿透更远的地方。

“我们首次展示，你可以在多种不同的条件下对自己或相机进行地理定位，无论是在开阔的海域、清澈的水域还是能见度较低的水域，无论是在白天、晚上还是在深处，一旦你了解了自己所在的位置，你就可以开始探索并利用这些信息来更好地了解水下世界，甚至动物如何导航。”

有关这项研究的论文最近发表在《eLight》杂志上。

推荐DIY文章