Spectrum仪器为危险火山预警系统提供ADC卡

中国北京，2023年5月10日讯 —— 中美洲的危地马拉有三座活火山，它们附近都有村庄，因此建立早期的火山爆发预警系统对于挽救生命尤为重要。虽然这样的系统早已存在，但这三座火山产生的是火山碎屑密度流(PDC)，而非熔岩。极端危险的PDC云是由气体、岩石和火山灰构成的，它们能以600公里的时速移动，温度更是高达800摄氏度。因此，能够尽早为人员疏散提供预警显得至关重要。Amin Amiri博士是伦敦大学学院(UCL)PDC研究小组的负责人，目前正在研发一套基于雷达的高灵敏度的早期预警系统。这个系统的核心部分是Spectrum仪器公司提供的M2p.5921-x4型号PCIe数字化仪卡。它非常灵敏，可以安装在距离火山斜坡6公里处并探测到所有微小的运动。

图1: 为了避免潮湿、雨水和丛林中野生动物的破坏，电子系统被置放于一个金属盒子中

该设备由X和Ku波段雷达系统组成，其中包括用于发射和接收的反射盘。当PDC出现在火山斜坡时，返回信号和发出信号进行比对后会产生包含距离信息和移动信息的中频(IF)信号。中频信号可使用Spectrum仪器的M2p.5921-x4型号设备，通过SBench6测量软件以20MS/s的采样率进行处理。

Amin Amiri博士解释道:“我们刚为Santiaguito火山安装好一个监测设备。这是我们对PDC事件的首次研究，希望借此了解这类火山的活动机制。火山爆发是难以预测的，所以我们安装了一个地震活动探测器。当它探测到地震时就会启动雷达系统，这确保我们只获取PDC事件中的相关数据。通过这种方式，我们还节省了系统所使用的电池电力。该系统位于危地马拉丛林深处，通过太阳能电池板充电。我们会在几个月后回来收集这些存储数据，并安装另外两个设备用来监测其它两个斜坡。”

最初。该系统设置的目标工作距离是4公里。但由于丛林地形的特殊性，它被设置在了6公里以外的高地上。该团队担心距离增加50%后会降低设备的敏感度，因此他们在丛林和火山斜坡之间使用了一架无人机来测试系统的性能。

“灵敏度是该系统作为早期预警系统制胜的关键，”Amiri博士补充道，“我们对Spectrum仪器的卡片进行了测试，发现其低噪声基准可以达到惊人的-100 dBm。因此，我们可以搭建一个移动目标指示器(MTI)系统，该系统可以看到火山的所有微小运动，这也是PDC出现的第一个迹象。”

图2:Santiaguito活火山超越了Santa Maria火山

研究团队面对的最大挑战来自高温、潮湿和蚊子。他们不仅要保护自己，还要保护所有的电子设备。火山预警系统被放置于一个金属盒子里，用来防潮、防雨和抵挡野生动物的侵袭。这样就要求金属盒子上不能有洞，在超过35摄氏度的丛林高温下，如何为系统进行冷却成为了一个不小的挑战。最终，研究团队把盒子置放于阴凉处，并在盒子里安装一个风扇用来保持空气的流通。该团队目前正在为下一个系统进行改进，比如盒子顶部的大鳍片可以散热，或者一个小型的太阳能冰箱。“选择Spectrum仪器产品的一个重要因素是由于它可以在高温和极大湿度范围区间正常运作。此外，如果环境变得太热，它还有热切断装置来保护自己。” Amiri博士总结道，“我在其他项目中曾使用过Spectrum仪器的设备，所以我很清楚他们的高制造标准。我相信它会在丛林深处继续工作，而我也不必担心要飞越半个地球去更换它!”

图3:首个系统被设置在距离活火山坡6100米处