Как и любой другой добросовестный ученый, доктор Вейлин "Уилл" Хоу, океанограф из отдела океанографии Космического центра NRL Стеннис (NRL-SSC), провел свое исследование. Ранее прошлым летом он решил, что самый популярный планшетный компьютер, доступный на рынке - iPad, - лучший вариант для предстоящего эксперимента.

Получив желанный предмет № 1 в рождественском списке каждого, он немедленно выбросил его в воду.

Я могу видеть

Понимание океанской оптики имеет решающее значение для прогнозирования условий окружающей среды, что помогает военно-морским силам и силам морской пехоты безопасно и эффективно проводить операции, включающие обработку сигналов, видимость водолаза, поиск мин и прогнозирование характеристик противолодочной модели.

Находясь в офисе, Хоу возглавляет секцию датчиков и систем NRL Ocean Hydro Optics. Таким образом, он разрабатывает и управляет новыми программами для улучшения понимания адаптивной оптики, количественной оценки турбулентности, оптического потока и передачи сигналов в условиях турбулентности.

Исследования Хоу в области оптики способствуют общему пониманию океанической оптики за счет комбинированного использования наблюдений на месте, данных дистанционного зондирования и физических моделей. То, как далеко и насколько хорошо может видеть дайвер и зрительная система, особенно при воздействии турбулентности, является одной из основных областей, над изучением которой работает Hou.

iMAST держит его на прицеле

В рамках Багамского эксперимента по оптической турбулентности (BOTEX) Хоу и девять других исследователей из NRL-SSC и Океанографического института Харбор-Бранч (HBOI) при Атлантическом университете Флориды отправились в плавание в прибрежных водах Флориды и Багамских островов на борту R / V F.G. Walton Smith 30 июня 2011 года.

Команда намеревалась получить натурные измерения структур оптической турбулентности и количественно оценить их влияние на подводную съемку и распространение луча.

Для измерения этих явлений Хоу разработал жесткую раму для надежного удержания высокоскоростной камеры и мишени (активной или пассивной), которую он назвал image Measurement Assembly for Subsurface Turbulence, или iMAST. Название было подходящим, поскольку активной мишенью, которая была установлена на него, был iPad.

Почему iPad?

На видимость влияют многие факторы, одним из которых является фоновое излучение. Активная мишень (самосветящаяся) поможет уменьшить или полностью устранить такие воздействия (если проводится ночью), что помогает выделить основной исследуемый фактор.

После изучения более десятка OEM-поставщиков в поисках решения, Хоу пришел к выводу, что лучшее решение требует 5-месячного графика поставок и стоит более 5000 долларов.

Хотя он и раньше думал об использовании планшетного компьютера, Хоу всегда отвергал эту идею из-за ограничения частоты обновления (60 Гц) большинства ЖК-экранов, что не подошло бы для его проекта, поскольку ему нужно было снимать с высокой частотой кадров (более 100 в секунду).

Когда все другие варианты казались маловероятными, из-за разочарования он поставил эксперимент, чтобы определить предел производительности ЖК-экрана. К его удивлению, там ничего не было! Хоу обнаружил, что общая концепция частоты обновления определяется по-разному для ЖК-дисплея.

Его внимание привлекла новинка gizmo iPad, которая показалась ему идеальным кандидатом: маленький, легкий, яркий, автономный, с низким энергопотреблением и низким коэффициентом тепловыделения. Более того, это стоит на порядок дешевле!

Он быстро разместил заказ, и коллега по NRL Уэсли Гуд начал создавать водонепроницаемый чехол для крепления к iMAST.

Намокает

Ночью с борта R / V F.G. Walton Smith Хоу использовал iPad, который был надежно заключен в водонепроницаемый корпус, для отображения активных целей, таких как диаграммы разрешения и схемы изображений. Затем iPad, надежно закрепленный в iMAST, был опущен в воду.

iPad позволял управлять яркостью рисунков и диаграмм, своего рода высокотехнологичного диска Secchi. (Кстати, Хоу также отвечает за усовершенствованную теорию диска Секки, основанную на подходе к созданию изображений, по сравнению с традиционной версией, основанной на radiance, за последние 100 лет.)

Затем команда измерила четкость целевого изображения в отношении структур оптической турбулентности в воде, сначала используя вертикальный профилировщик микроструктуры и 3D-велосиметр с датчиком электропроводности и температуры (КТ) в непосредственной близости в полевых условиях, а затем с помощью велосиметра и КТ-зонда, установленных на iMAST во время швартовки. развертывания.

Затем Хоу и остальные члены команды NRL-SSC рассчитали скорость рассеивания кинетической энергии турбулентности и скорость рассеивания температуры в обеих установках для сравнения с полученной моделью изображения, которая оценивает ограничивающие факторы для компонентов подводной съемки.

Сотрудничество с HBOI

Чтобы исследовать влияние оптической турбулентности на активную систему визуализации, такую как лазерное линейное сканирование (LLS), исследователи HBOI разработали исследование турбулентности для подводной сенсорной конструкции (TRUSS). Ферменная конструкция помогла исследователям определить предел разрешения систем LLS из-за отклонения луча от цели из-за турбулентности. Преобразованные Фурье изображения турбулентности были изучены путем размещения точечной маски на пути луча. Та же экспериментальная установка также использовалась в эксперименте по распространению луча для изучения влияния турбулентности на рисунок полос.

Команда проверила эффективность импульсных LLS, где приемник и передатчик были установлены на одной стороне полюса, а матовая стеклянная пластина была заменена технической мишенью и спектральной панелью, чтобы изучить воздействие на лидарные системы.

HBOI собрал данные, которые имеют решающее значение для понимания влияния оптической турбулентности на активное электрооптическое зондирование. Они собрали данные с четырех станций для NRL, охватывающих различные типы оптических и физических условий. Поскольку HBOI финансировался ONR, основной проект Hou не требует дополнительных затрат, и это позволяет использовать вложенный в проект Hou полный набор необходимых данных.

Результаты БОТЕКСА

Первоначальные результаты подтвердили гипотезу команды о том, что турбулентность действительно влияет на прогноз оптической видимости и иногда может значительно уменьшить дальность видимости. Однако необходимы дополнительные исследования для лучшей количественной оценки и смягчения таких последствий, особенно для электронно-оптических систем следующего поколения Navy, включая активную визуализацию, лидар и оптическую связь.

Хоу пришел в NRL-SSC в 2006 году после работы профессором-исследователем в Университете Южной Флориды. Он получил докторскую степень по океанографии в Университете Южной Флориды.

Он является редактором четырех книг, 15 рецензируемых статей и 40 научных трудов и является соавтором трех патентов (два поданы, один находится на рассмотрении).

Все они могут быть просмотрены на iPad.