Satellitter til at afsløre havtilstand og meget mere, end øjet kan se

UNSW Sydney ingeniører udvikler ny satellitteknologi, der kan bruges til at bestemme havenes tilstand samt en række andre nyttige applikationer.

Realtidsinformation om vilde hav og ugunstige havforhold kunne bruges til at gøre skibsfarten mere sikker og effektiv takket være passiv radarteknologi, der udvikles af UNSW Sydney-ingeniører.

Og teknologien har også vakt interesse hos den australske forsvarsstyrke på grund af dens evne til at 'se' gennem sky- og trædække, samtidig med at radiotavshed bevares.

Professor Andrew Dempster fra UNSW's School of Electrical Engineering and Telecommunications har udviklet og afprøvet en ny type modtager, der leder efter satellitnavigationssignaler, der returneres fra jordens overflade i en proces kaldet reflektometri.

Hopper tilbage

Som han forklarer, reflektometri ser på de GPS -signaler, der kommer direkte fra satellitter samt hvor, og i hvilken vinkel, signalerne preller af jordens overflade. Han og hans kolleger har bygget fire generationer af modtagere, der er designet til at lede efter disse afviste GPS-signaler fra satellitter ovenover.

"Denne seneste generation af vores GPS -modtagere har vi lagt i rummet ombord på CubeSats, " Professor Dempster siger, der også er direktør for Australian Center of Space Engineering Research.

CubeSats er miniaturiserede satellitter, der bruges til rumforskning, og som er en brøkdel af omkostningerne ved at starte og vedligeholde på grund af deres små proportioner-UNSW-EC0-satellitten var 10 cm x 10 cm x 20 cm og cirka 2 kg. En CubeSat udstyret med "Namuru" eller "Kea" - to af de modtagere, der er testet indtil nu - er i stand til at levere live analyse af havforholdene, eller "søstat, " ved at optage afviste GPS-signaler fra havets overflade.

Hvordan det virker

"Det, vi gør, er at måle forsinkelsen fra satellitten til overfladen og tilbage til modtageren på satellitten, " siger professor Dempster. "Fordi der er flere facetter på havbølger, som det kan reflektere fra, det betyder, at vi får en bredere respons i den forsinkelse fra de forskellige vinkler, hvor signalerne reflekteres. Jo mere hårdt hav, jo bredere svar. Vi måler også Doppler-frekvensskiftet i de reflekterede signaler."

Ud fra disse oplysninger, nogen, der ser på informationen registreret af modtageren, kan muligvis udlede bølgehøjderne, bølgernes retning, bølgelængde (afstand mellem bølger), vindhastighed og vindretning.

Hvem kan få gavn

"Der er mange interessante anvendelser af disse data, " siger professor Dempster. "Vi taler med [maritime og shipping management selskab] Lloyd's Register om dette, mens andre interesserede parter ville være store maritime virksomheder, oceanografer, og mennesker, der arbejder med bølgeenergiproduktion.

"Som et eksempel på, hvordan det kunne være nyttigt, gasselskaber tanker ofte deres store tankskibe ude på havet, hvilket betyder, at sikkerheden kan blive kompromitteret af vejrforholdene. Så hvis du kan tanke dit skib i en ekstra halv time, fordi du har bedre kendskab til ændringer i søtilstanden, så kan du begynde at sætte en dollarværdi på, hvad den tidsbesparelse betyder for din virksomhed."

Forsvarsvinkel

Samt havforhold, enheden kan også opfange skibe i området, fordi GPS-signalet hopper fra et fartøj på en anden måde, siger professor Dempster. "Dette er en af ​​grundene til, at ADF er interesseret i det.

"For fem år siden tog vi en af ​​disse modtagere på et fly og fløj den over en skov og optog det rå signal og spillede det tilbage gennem vores nye instrument. Da vi fløj over skoven, vi var i stand til at udvælge en magt mast, som ellers ville være skjult. Dette viser, at infrastruktur, der forbliver skjult selv i satellitbilleder, nu kan registreres.

"Og det faktum, at det er en modtager, betyder, at den fungerer i radiotavshed - med andre ord, det giver ikke væk din position, hvilket er en anden grund til, at forsvaret er interesseret i det."

Himlen er grænsen

Modtageren kan også bruges godt ved at integrere den med et RPAS - fjernstyret luftsystem - hvor den potentielt kan bruges til at kortlægge oversvømmelser. Så er der de vedvarende systemer i høj højde – HAPS – som flyver autonomt i dobbelt så høj højde som almindelige fly og drives af solenergi, der kan blive ved med at flyve i flere måneder.

"Airbus laver en af ​​disse, og at være i så høj en højde, det er ikke underlagt det samme vejr, der kan gøre flyvning i almindelige højder farlig under ugunstige vejrforhold, " siger professor Dempster.

"Med en konstellation af de billigere CubeSats, der passerer over hovedet i kredsløb, du kunne have en passiv radarmodtager på disse, der kan se gennem skydække og se gennem røg, hvilket kunne gøre det rigtig nyttigt at få et overblik over omfanget af oversvømmelser eller skovbrande."

Professor Dempster siger i de kommende måneder, han og hans team vil fortsætte med at strømline den seneste generation af Kea-modtagere.

"Vores nye instrument bruger to Kea'er, en kigger op, at give position som en normal modtager, og en kigger ned, at se på de reflekterede signaler.

"I øjeblikket søger vi at beholde de to modtagerarkitekturer for instrumentet, men på mellemlang sigt vil vi gerne udvikle en enkeltkortløsning, der udfører alt GNSS (Global Navigation Satellite System) arbejde plus inkorporerer kontrolcomputeren, datalagring og kommunikationsfunktioner. "