无线电侦测和定距(Radio Detection and Ranging, RADAR)技术,自从 1917 年由尼古拉‧特斯拉(Nikola Tesla)发展出基本原理后,便一直沿用至今,但美国国家标准暨技术研究局(National Institute of Standards and Technology,NIST)近期研发出新雷达技术,有能力侦测极音速导弹、太空垃圾甚至墙后面的人。
雷达侦测是以一组发射机(Transmitter)与一到多组接收机(Receiver)组成,无线电讯号由发射机送出后,碰到目标物反射回来,再由接收机侦测反射讯号。从讯号反射回来的时间,可计算目标物与发射机之间的距离,并由反射时间变化,计算目标物的移动方向与速率。
时任 NIST 研究员的 Fabio da Silva,运用单画素相机(Single-pixle Camera)技术原理,即智慧运算和压缩感知(Compressed Sensing),将撷取到的低分辨率画面次要部分画素移动分布到主要部分,增加图像辨识度。Silva 将这项概念修改成微波讯号,并使用多组发射机与一组接收机的配置,设计出这项“微波影像侦测、分析与测距”(micro-Wave Image Detection, Analysis and Ranging, m-Widar)系统,并发表在《自然通讯》(Nature Communication)科学期刊。
▲ m-Widar 测试影片,可看到即使放上木板,右方即时影像仍可侦测到木板后方的人。
m-Wider 系统射出的微波讯号可穿透大部分物体,如木头、石头或水泥等,因此位于发射器与接收器之间的目标物,无论中间是否有物品阻挡,都能被接收器收到,并显示对应的即时影像。
“目前测试结果对日常环境的房屋、街道等都可顺利侦测,但由于微波无法穿越金属,对海水的穿透能力也不佳,因此实际运用还是以陆上及空中较有效。”Silva 指出,除了侦测障碍物后的目标,研发团队更新后的算法,可将 m-Widar 的影格率(Frame rate)提升到 700Hz,对侦测极小型太空垃圾(Space debris)甚至极音速导弹,都有比传统雷达更好的效率。
Da Silva 替 m-Widar 系统申请专利后,便离开 NIST 建立公司,专注精进 m-Widar 系统的准确性和实用性,这套系统未来将能帮助警察、消防员、军人执勤时,提升环境感测并降低伤亡概率,且可协助 NASA 和太空军侦测太空垃圾和极音速武器。
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(首图来源:NIST)