中美洲的危地馬拉有三座活火山，它們附近都有村莊,，因此建立早期的火山爆發(fā)預(yù)警系統(tǒng)對于挽救生命尤為重要,。雖然這樣的系統(tǒng)早已存在，但這三座火山產(chǎn)生的是火山碎屑密度流(PDC),，而非熔巖,。極端危險的PDC云是由氣體、巖石和火山灰構(gòu)成的,，它們能以600公里的時速移動,，溫度更是高達(dá)800攝氏度。因此,，能夠盡早為人員疏散提供預(yù)警顯得至關(guān)重要,。Amin Amiri博士是倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）PDC研究小組的負(fù)責(zé)人，目前正在研發(fā)一套基于雷達(dá)的高靈敏度的早期預(yù)警系統(tǒng),。這個系統(tǒng)的核心部分是Spectrum儀器公司提供的M2p.5921-x4型號PCIe數(shù)字化儀卡,。它非常靈敏，可以安裝在距離火山斜坡6公里處并探測到所有微小的運(yùn)動,。

圖1: 為了避免潮濕,、雨水和叢林中野生動物的破壞，電子系統(tǒng)被置放于一個金屬盒子中

該設(shè)備由X和Ku波段雷達(dá)系統(tǒng)組成,，其中包括用于發(fā)射和接收的反射盤,。當(dāng)PDC出現(xiàn)在火山斜坡時，返回信號和發(fā)出信號進(jìn)行比對后會產(chǎn)生包含距離信息和移動信息的中頻（IF）信號,。中頻信號可使用Spectrum儀器的M2p.5921-x4型號設(shè)備,，通過SBench6測量軟件以20MS/s的采樣率進(jìn)行處理。

Amin Amiri博士解釋道:“我們剛為Santiaguito火山安裝好一個監(jiān)測設(shè)備,。這是我們對PDC事件的首次研究,，希望借此了解這類火山的活動機(jī)制?；鹕奖l(fā)是難以預(yù)測的,，所以我們安裝了一個地震活動探測器。當(dāng)它探測到地震時就會啟動雷達(dá)系統(tǒng)，這確保我們只獲取PDC事件中的相關(guān)數(shù)據(jù),。通過這種方式,，我們還節(jié)省了系統(tǒng)所使用的電池電力。該系統(tǒng)位于危地馬拉叢林深處,，通過太陽能電池板充電,。我們會在幾個月后回來收集這些存儲數(shù)據(jù)，并安裝另外兩個設(shè)備用來監(jiān)測其它兩個斜坡,。”

最初,。該系統(tǒng)設(shè)置的目標(biāo)工作距離是4公里。但由于叢林地形的特殊性,，它被設(shè)置在了6公里以外的高地上,。該團(tuán)隊擔(dān)心距離增加50%后會降低設(shè)備的敏感度，因此他們在叢林和火山斜坡之間使用了一架無人機(jī)來測試系統(tǒng)的性能,。 

“靈敏度是該系統(tǒng)作為早期預(yù)警系統(tǒng)制勝的關(guān)鍵,，”Amiri博士補(bǔ)充道，“我們對Spectrum儀器的卡片進(jìn)行了測試,，發(fā)現(xiàn)其低噪聲基準(zhǔn)可以達(dá)到驚人的-100 dBm,。因此，我們可以搭建一個移動目標(biāo)指示器(MTI)系統(tǒng),，該系統(tǒng)可以看到火山的所有微小運(yùn)動,，這也是PDC出現(xiàn)的第一個跡象。”

圖2:Santiaguito活火山超越了Santa Maria火山

研究團(tuán)隊面對的最大挑戰(zhàn)來自高溫,、潮濕和蚊子,。他們不僅要保護(hù)自己，還要保護(hù)所有的電子設(shè)備,?；鹕筋A(yù)警系統(tǒng)被放置于一個金屬盒子里，用來防潮,、防雨和抵擋野生動物的侵襲,。這樣就要求金屬盒子上不能有洞，在超過35攝氏度的叢林高溫下,，如何為系統(tǒng)進(jìn)行冷卻成為了一個不小的挑戰(zhàn),。最終，研究團(tuán)隊把盒子置放于陰涼處,，并在盒子里安裝一個風(fēng)扇用來保持空氣的流通,。該團(tuán)隊目前正在為下一個系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，比如盒子頂部的大鰭片可以散熱,，或者一個小型的太陽能冰箱,。“選擇Spectrum儀器產(chǎn)品的一個重要因素是由于它可以在高溫和極大濕度范圍區(qū)間正常運(yùn)作,。此外，如果環(huán)境變得太熱,，它還有熱切斷裝置來保護(hù)自己,。” Amiri博士總結(jié)道，“我在其他項目中曾使用過Spectrum儀器的設(shè)備,，所以我很清楚他們的高制造標(biāo)準(zhǔn),。我相信它會在叢林深處繼續(xù)工作，而我也不必?fù)?dān)心要飛越半個地球去更換它!”

                                                                                   圖3:首個系統(tǒng)被設(shè)置在距離活火山坡6100米處

關(guān)于Spectrum儀器
Spectrum儀器成立于1989年,，迄今為止設(shè)計和研發(fā)了多款模塊化數(shù)字化儀及發(fā)生器產(chǎn)品，其中包括PC卡（PCIe和PXIe）以及獨(dú)立以太網(wǎng)設(shè)備（LXI）,。在過去30年間,，Spectrum獲得了業(yè)界的廣泛認(rèn)可，旗下產(chǎn)品也被用于行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)及一流大學(xué)的眾多產(chǎn)品和科研項目中,。Spectrum儀器總部位于德國漢堡附近的格羅斯?jié)h斯多爾夫,，憑借卓越的技術(shù)能力和優(yōu)質(zhì)的客戶服務(wù)享譽(yù)全球。