水空声通信超表面

水空通信跨障

一种二维离散超表面结构，能够在水-空气阻抗失配界面处显著增强声波透射，使空中声信号可穿透水面直接驱动水下航行器，实现水空跨界无线控制与通信。

Lei, Shi · Tong, Zhu · Yan-Long, Du · Zhou, Hongtao · Tian, Yuze · Wang, Yan Feng · 王跃生

Engineering Structures 2025

技术优势

水空界面声波增强

通过拓扑优化的单元设计，实现在不同几何参数和入射角下声透射的显著增强，突破了阻抗失配的限制。

无线控制水下航行器

无需水下电缆或声呐浮标，空中声信号通过超表面跨界面传输后直接控制水下航行器动作，简化了系统架构。

通信速率可提升

通过选用合适的调制方式，可以显著提升跨界面通信速率，为实际数据传输提供潜力。

应用场景

• 水空跨介质通信：用于实现空中平台与水下载体之间的直接声学通信链路。
• 海洋物联网：为海洋物联网中的水面-水下节点提供无线跨介质接入方案。
• 水下航行器控制：允许空中指令直接无线控制水下航行器，无需上浮或布设线缆。
• 声学超表面：作为关键声学器件，增强水-空气界面的声波透射效率。