新技術利用無線電信號對隱藏物體和超高速物體進行成像
美國國家標準與技術研究所(NIST)和Wavsens LLC的研究人員已經開發出一種方法,利用無線電信號來創建隱藏和移動物體的實時圖像和視頻,這可以幫助消防員在充滿火和煙的建築物內找到逃生路線或受害者。該技術還可以幫助追踪高超音速物體,如導彈和太空碎片。
研究人員表示,這種系統可以在拐角處和穿牆處實時成像,並跟踪快速移動的物體,如以每秒10公里、每小時2萬多英里速度飛行的毫米級空間碎片。因為它使用的是無線電信號,它們幾乎可以穿過所有東西,比如混凝土、幹牆、木材和玻璃,不僅可以看牆後面的東西,而且只需要幾微秒的數據就可以形成一個圖像幀。採樣是以光速進行的,是物理上可能的最快速度。
這種成像方法是雷達的一種變體,它發送電磁脈衝,等待反射,並測量往返時間以確定與目標的距離。多站點雷達通常有一個發射器和幾個接收器,它們接收回波並對其進行三角測量以確定一個物體的位置。研究人員利用了多站點雷達的概念,但使用了很多發射器和一個接收器,這樣一來,在空間任何地方的東西都能夠定位和成像。
要對一棟建築進行成像,實際感興趣的體積要比建築本身的體積小得多,因為它大部分是空曠的空間,為了確定一個人的位置,你會把建築物分成一個立方體的矩陣。通常情況下,你會向每個立方體單獨發射無線電信號並分析其反射,這非常耗時。相比之下,NIST的方法是在同一時間探測所有的立方體,並使用來自比如說100個立方體中的10個回波來計算人的位置。所有的傳輸都將返回一個圖像,信號形成一個模式,而空的立方體則被剔除。
NIST團隊在一個消聲(非迴聲)室中演示了該技術,製作了涉及一個人在幹牆後面移動的三維場景的圖像。發射器的功率相當於12部手機同時發送信號,從大約10米(30英尺)的距離通過牆板創建目標的圖像。目前系統的潛在範圍可達數千米,經過一些改進,範圍可以更遠,只受發射器功率和接收器靈敏度的限制。
這項基本技術是一種被稱為瞬態渲染的計算成像形式,自2008年以來一直作為一種圖像重建工具存在。其想法是使用小的信號測量樣本,來重建基於隨機模式和相關關係的圖像。該技術此前已被用於通信編碼和網絡管理、機器學習和一些高級形式的成像。