UNSW Sydneys ingenjörer utvecklar ny satellitteknik som kan användas för att fastställa havens tillstånd samt ett antal andra användbara applikationer.

Realtidsinformation om vilda hav och ogynnsamma havsförhållanden skulle kunna användas för att göra sjöfarten säkrare och effektivare tack vare passiv radarteknik som utvecklas av UNSW Sydney-ingenjörer.

Och tekniken har också väckt intresset hos den australiensiska försvarsstyrkan på grund av dess förmåga att "se" genom moln och trädtäcke samtidigt som radiotystnaden bibehålls.

Professor Andrew Dempster vid UNSW:s School of Electrical Engineering and Telecommunications har utvecklat och provat en ny typ av mottagare som letar efter satellitnavigeringssignaler som studsar från jordens yta i en process som kallas reflektometri.

Studsa tillbaka

Som han förklarar, reflektometri tittar på GPS-signalerna som kommer direkt från satelliter samt var, och i vilken vinkel, signalerna studsar från jordens yta. Han och hans kollegor har byggt fyra generationer av mottagare som är designade för att leta efter dessa studsade GPS-signaler från satelliter ovanför.

"Den här senaste generationen av våra GPS-mottagare har vi placerat ut i rymden ombord på CubeSats, " Professor Dempster säger, som också är chef för Australian Center of Space Engineering Research.

CubeSats är miniatyriserade satelliter som används i rymdforskning och som är en bråkdel av kostnaden att skjuta upp och underhålla på grund av sina små proportioner – UNSW-EC0-satelliten var 10 cm x 10 cm x 20 cm och vägde cirka 2 kg. En CubeSat utrustad med "Namuru" eller "Kea" - två av mottagarna som testats hittills - kan ge en liveanalys av havsförhållandena, eller "havsstat, " genom att spela in studsade GPS-signaler från havets yta.

Hur det fungerar

"Vad vi gör är att mäta fördröjningen från satelliten till ytan och tillbaka till mottagaren på satelliten, " säger professor Dempster. "Eftersom det finns flera aspekter på havsvågor som det kan reflektera från, det betyder att vi får ett bredare svar i den fördröjningen från de olika vinklarna där signalerna reflekteras. Ju grövre hav, desto bredare svar. Vi mäter också dopplerfrekvensförskjutningen i de reflekterade signalerna."

Från denna information, någon som tittar på informationen som registrerats av mottagaren kanske kan härleda våghöjderna, vågornas riktning, våglängd (avstånd mellan vågor), vindhastighet och vindriktning.

Vem kan gynnas

"Det finns många intressanta tillämpningar av denna data, " säger professor Dempster. "Vi pratar med [sjöfarts- och sjöfartsföretaget] Lloyd's Register om detta, medan andra intressenter skulle vara stora sjöfartsföretag, oceanografer, och människor som arbetar med vågkraft.

"Som ett exempel på hur det kan vara användbart, gasbolag tankar ofta sina stora tankfartyg ute till havs, vilket innebär att säkerheten kan äventyras av väderförhållandena. Så om du kan tanka ditt fartyg i en extra halvtimme för att du har bättre kunskap om förändringar i sjötillstånd, då kan du börja sätta ett dollarvärde på vad den tidsbesparingen betyder för ditt företag."

Försvarsvinkel

Förutom havsförhållanden, enheten kan också plocka upp fartyg i området eftersom GPS-signalen studsar från ett fartyg på ett annat sätt, säger professor Dempster. "Detta är en av anledningarna till att ADF är intresserad av det.

"För fem år sedan tog vi en av dessa mottagare på ett plan och flög den över en skog och spelade in den råa signalen och spelade upp den genom vårt nya instrument. När vi flög över skogen, vi kunde plocka fram en kraftledning som annars skulle vara dold. Detta visar att infrastruktur som förblir dold även i satellitbilder nu kan upptäckas.

"Och det faktum att det är en mottagare betyder att den fungerar i radiotystnad - med andra ord, det ger inte bort din position, vilket är ytterligare en anledning till att försvaret är intresserad av det."

Bara fantasin sätter gränser

Mottagaren kan också komma till användning genom att integrera den med ett RPAS-fjärrstyrt antennsystem, där den potentiellt kan användas för att kartlägga översvämningar. Sedan finns det de beständiga systemen på hög höjd – HAPS – som flyger autonomt på dubbelt så hög höjd som vanliga flygplan och drivs av solenergi, som kan hålla sig flygande i månader.

"Airbus gör en av dessa, och att vara på så hög höjd, det är inte föremål för samma väder som kan göra att flyga på vanliga höjder farligt under ogynnsamma väderförhållanden, " säger professor Dempster.

"Med en konstellation av de billigare CubeSats som passerar ovanför i omloppsbana, du kan ha en passiv radarmottagare på dessa som kan se genom molntäcke och se genom rök vilket kan göra det väldigt användbart att få en överblick över omfattningen av översvämningar eller skogsbränder."

Professor Dempster säger under de kommande månaderna, han och hans team kommer att fortsätta att effektivisera den senaste generationen av Kea-mottagare.

"Vårt nya instrument använder två Keas, en tittar upp, att ge position som en vanlig mottagare, och en tittar ner, att titta på de reflekterade signalerna.

"För närvarande letar vi efter att behålla arkitekturen med två mottagare för instrumentet men på medellång sikt vill vi utveckla en lösning med ett enda kort som gör allt GNSS-arbete (Global Navigation Satellite System) plus inkorporerar kontrolldatorn, datalagring och kommunikationsfunktioner."