中國北京，2023年5月10日訊 —— 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預警系統對于挽救生命尤為重要。雖然這樣的系統早已存在，但這三座火山產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、巖石和火山灰構成的，它們能以600公里的時速移動，溫度更是高達800攝氏度。因此，能夠盡早為人員疏散提供預警顯得至關重要。Amin Amiri博士是倫敦大學學院（UCL）PDC研究小組的負責人，目前正在研發一套基于雷達的高靈敏度的早期預警系統。這個系統的核心部分是Spectrum儀器公司提供的M2p.5921-x4型號PCIe數字化儀卡。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，電子系統被置放于一個金屬盒子中

該設備由X和Ku波段雷達系統組成，其中包括用于發射和接收的反射盤。當PDC出現在火山斜坡時，返回信號和發出信號進行比對后會產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型號設備，通過SBench6測量軟件以20MS/s的采樣率進行處理。 

Amin Amiri博士解釋道:“我們剛為Santiaguito火山安裝好一個監測設備。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制。火山爆發是難以預測的，所以我們安裝了一個地震活動探測器。當它探測到地震時就會啟動雷達系統，這確保我們只獲取PDC事件中的相關數據。通過這種方式，我們還節省了系統所使用的電池電力。該系統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據，并安裝另外兩個設備用來監測其它兩個斜坡。” 

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

“靈敏度是該系統作為早期預警系統制勝的關鍵，”Amiri博士補充道，“我們對Spectrum儀器的卡片進行了測試，發現其低噪聲基準可以達到驚人的-100 dBm。因此，我們可以搭建一個移動目標指示器(MTI)系統，該系統可以看到火山的所有微小運動，這也是PDC出現的第一個跡象。”

圖2:Santiaguito活火山超越了Santa Maria火山

研究團隊面對的最大挑戰來自高溫、潮濕和蚊子。他們不僅要保護自己，還要保護所有的電子設備。火山預警系統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，如何為系統進行冷卻成為了一個不小的挑戰。最終，研究團隊把盒子置放于陰涼處，并在盒子里安裝一個風扇用來保持空氣的流通。該團隊目前正在為下一個系統進行改進，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間正常運作。此外，如果環境變得太熱，它還有熱切斷裝置來保護自己。” Amiri博士總結道，“我在其他項目中曾使用過Spectrum儀器的設備，所以我很清楚他們的高制造標準。我相信它會在叢林深處繼續工作，而我也不必擔心要飛越半個地球去更換它!”

圖3:首個系統被設置在距離活火山坡6100米處