무선 신호 이미지 숨겨진 물체 및 과속 물체

연구원들은 무선 신호를 사용하여 숨겨진 물체와 움직이는 물체의 실시간 이미지와 비디오를 만드는 방법을 개발했습니다. 이 시스템을 사용하면 모퉁이 주변과 벽을 통해 실시간으로 이미징할 수 있을 뿐만 아니라 시속 20,000마일로 날아가는 밀리미터 크기의 우주 쓰레기와 같이 빠르게 움직이는 물체를 모두 격리된 거리에서 추적할 수 있습니다.

이미징 방법은 레이더의 변형으로 전자기 펄스를 보내고 반사를 기다리고 목표까지의 거리를 결정하기 위해 왕복 시간을 측정합니다. 다중 사이트 레이더에는 일반적으로 하나의 송신기와 에코를 수신하고 물체를 찾기 위해 삼각 측량하는 여러 수신기가 있습니다. m-Widar라고 하는 새로운 방법은 여러 송신기와 하나의 수신기를 사용합니다.

팀은 건식 벽체 뒤에서 움직이는 사람과 관련된 3D 장면의 이미지를 만드는 무반향(비반향) 챔버에서 기술을 시연했습니다. 송신기 전력은 벽판을 통해 약 10미터(30피트) 거리에서 표적의 이미지를 생성하기 위해 동시에 신호를 보내는 12개의 휴대폰과 같습니다. 현재 시스템은 최대 수 킬로미터의 잠재적 범위를 가지고 있습니다. 몇 가지 개선 사항을 적용하면 범위가 훨씬 더 멀어질 수 있으며 송신기 전력 및 수신기 감도에 의해서만 제한됩니다.

기본 기술은 2008년부터 이미지 재구성 도구로 사용되어 온 과도 렌더링으로 알려진 계산 이미징의 한 형태입니다. 아이디어는 임의의 패턴 및 상관 관계를 기반으로 이미지를 재구성하기 위해 신호 측정의 작은 샘플을 사용하는 것입니다. 이 기술은 이전에 통신 코딩 및 네트워크 관리, 기계 학습 및 일부 고급 형태의 이미징에 사용되었습니다.

연구원과의 Q&A 읽기

Fabio da Silva가 Tech Briefs와 이야기합니다. m-Widar에 대해

새로운 기술은 신호 처리와 다른 분야의 모델링 기술을 결합하여 이미지를 재구성하는 새로운 수학 공식을 만듭니다. 각 송신기는 다른 송신기의 펄스와 공간 및 시간을 간섭하고 이미지를 구축하기에 충분한 정보를 생성하는 특정 유형의 임의 시퀀스에서 서로 다른 펄스 패턴을 동시에 방출합니다.

송신 안테나는 마이크로파를 포함하는 무선 스펙트럼의 대략 상위 절반인 200MHz에서 10GHz의 주파수에서 작동합니다. 수신기는 신호 디지타이저에 연결된 두 개의 안테나로 구성됩니다. 디지털화된 데이터는 랩톱 컴퓨터로 전송되고 그래픽 처리 장치에 업로드되어 이미지를 재구성합니다. 팀은 이 방법을 사용하여 초당 15억 개의 샘플로 장면을 재구성했으며 해당 이미지 프레임 속도는 366킬로헤르츠(초당 프레임 수)입니다. 이에 비해 이것은 휴대폰 비디오 카메라보다 초당 약 100~1,000배 더 많은 프레임입니다.

12개의 안테나로 시스템은 10미터 장면에서 약 10센티미터의 해상도로 4096픽셀 이미지를 생성했습니다. 이 이미지 해상도는 감도나 개인 정보가 우려되는 경우 유용할 수 있습니다. 더 많은 송신 안테나와 더 빠른 랜덤 신호 생성기 및 디지타이저를 포함한 기존 기술을 사용하여 시스템을 업그레이드하면 해상도가 향상될 수 있습니다. 미래에는 개별 무선 신호의 특성이 상호 연결되는 양자 얽힘을 사용하여 이미지를 개선할 수 있습니다.

새로운 이미징 기술은 또한 무선 신호 대신 가시광선을 전송하도록 조정될 수 있습니다. 초고속 레이저는 이미지 해상도를 높일 수 있지만 벽을 통과하는 능력을 상실하거나 음파 탐지기 및 초음파 이미징 응용 프로그램에 사용되는 음파를 전송합니다. 새로운 방법은 비상 상황 및 우주 잔해를 촬영하는 것 외에도 폭발물 평가의 핵심 척도인 충격파의 속도를 측정하고 심박수 및 호흡과 같은 활력 징후를 모니터링하는 데에도 사용될 수 있습니다.