שימוש באותות רדיו לתמונה של אובייקטים מוסתרים ומהירים

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
X-ray_Promo1


חוקרים במכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) ו- Wavsens LLC פיתחו שיטה לשימוש באותות רדיו ליצירת תמונות וסרטונים בזמן אמת של עצמים נסתרים ונעים, שיכולה לסייע לכבאים למצוא דרכי מילוט או קורבנות בתוך מבנים מלאים אש ועשן. הטכניקה יכולה לעזור במעקב אחר עצמים היפרסוניים כמו טילים ופסולת חלל.

השיטה החדשה, המתוארת ב תקשורת טבע, יכול לספק מידע קריטי כדי לסייע בהפחתת מקרי מוות ופציעות. איתור ומעקב אחר מגיבים ראשונים בתוך הבית הוא מטרה עיקרית לקהילת בטיחות הציבור. מאות אלפי פיסות זבל חלל נחשבות מסוכנות לבני אדם ולחלליות.

"המערכת שלנו מאפשרת הדמיה בזמן אמת סביב פינות ודרך קירות ומעקב אחר חפצים נעים במהירות כמו פסולת שטח בגודל מילימטר שעפים 10 ק"מ לשנייה, יותר מ -20,000 מיילים לשעה, והכל ממרחקים עצומים", אמר הפיזיקאי פאביו. דה סילבה, שהוביל את פיתוח המערכת בזמן שעבד ב- NIST.

"מכיוון שאנחנו משתמשים באותות רדיו, הם עוברים כמעט הכל, כמו בטון, קיר גבס, עץ וזכוכית", הוסיף דה סילבה. "זה די מגניב כי לא רק שאנחנו יכולים להסתכל מאחורי קירות, אלא שנדרש רק כמה מיקרו-שניות של נתונים כדי ליצור מסגרת תמונה. הדגימה מתרחשת במהירות האור, כמה שיותר מהר פיזית."

שיטת ההדמיה של NIST היא וריאציה על מכ"ם, השולח דופק אלקטרומגנטי, ממתין להחזרות ומודד את זמן הלוך ושוב כדי לקבוע מרחק ליעד. במכ"ם רב אתרי יש בדרך כלל משדר אחד ומספר מקלטים המקבלים הדים ומשולשים אותם כדי לאתר אובייקט.

"ניצלנו את מושג הרדאר הרב-אתרי, אך במקרה שלנו משתמשים בהרבה משדרים ומקלט אחד," אמר דה סילבה. "בדרך זו, כל מה שמשקף בכל מקום בחלל, אנו מסוגלים לאתר ולדמיין."

דה סילבה מסביר את תהליך ההדמיה כך:

כדי לדמיין בניין, נפח העניין בפועל קטן בהרבה מנפח הבניין עצמו מכיוון שהוא לרוב שטח ריק ובו דברים דלילים. כדי לאתר אדם היית מחלק את הבניין למטריצה ​​של קוביות. בדרך כלל היית משדר אותות רדיו לכל קוביה בנפרד ומנתח את ההשתקפויות, וזה גוזל זמן רב. לעומת זאת, שיטת NIST בודקת את כל הקוביות בו זמנית ומשתמשת בהד החזרה מ, למשל, 10 מתוך 100 קוביות כדי לחשב היכן האדם נמצא. כל השידורים יחזירו תמונה, כאשר האותות יוצרים תבנית והקוביות הריקות נשמטות.

דה סילבה הגיש בקשה לפטנט, והוא עזב לאחרונה את NIST כדי למסחור את המערכת בשם m-Widar (איתור תמונות, ניתוח וניתוח של מיקרוגל) באמצעות חברת סטארט-אפ, Wavsens LLC (ווסטמינסטר, קולורדו).

צוות ה- NIST הדגים את הטכניקה בתא אנכי (לא מהדהד), ועשה תמונות של סצנה תלת ממדית הכוללת אדם שנע מאחורי קיר גבס. כוח המשדר היה שווה ערך ל -12 טלפונים סלולריים ששולחים אותות בו זמנית ליצירת תמונות של המטרה ממרחק של כ -10 מטרים דרך לוח הקיר.

דה סילבה אמר כי למערכת הנוכחית טווח פוטנציאלי של עד כמה קילומטרים. עם כמה שיפורים הטווח יכול להיות הרבה יותר רחוק, מוגבל רק על ידי כוח המשדר ורגישות המקלט, לדבריו.

הטכניקה הבסיסית היא סוג של הדמיה חישובית המכונה עיבוד חולף, אשר קיים ככלי לשחזור תמונות מאז 2008. הרעיון הוא להשתמש במדגם קטן של מדידות אות כדי לשחזר תמונות על סמך דפוסים וקורלציות אקראיות. הטכניקה שימשה בעבר בקידוד תקשורת וניהול רשתות, למידת מכונה וכמה צורות הדמיה מתקדמות.

דה סילבה שילב טכניקות עיבוד אותות ודוגמנות מתחומים אחרים כדי ליצור נוסחה מתמטית חדשה לשחזור תמונות. כל משדר פולט דפוסי דופק שונים בו זמנית, בסוג מסוים של רצף אקראי, המפריעים במרחב ובזמן לדופקים מהמשדרים האחרים ומייצרים מספיק מידע לבניית תמונה.

האנטנות המשדרות פעלו בתדרים של 200 מגה-הרץ ועד 10 גיגה-הרץ, בערך המחצית העליונה של ספקטרום הרדיו, הכוללת מיקרוגל. המקלט כלל שתי אנטנות המחוברות למספר אותות. הנתונים הדיגיטלים הועברו למחשב נייד והועלו ליחידת העיבוד הגרפי כדי לשחזר את התמונות.

צוות ה- NIST השתמש בשיטה לשחזור סצנה עם 1.5 מיליארד דוגמאות לשנייה, קצב מסגרת תמונה מקביל של 366 קילוהרץ (פריימים לשנייה). לשם השוואה, מדובר בכ- 100 עד 1,000 פעמים רבות יותר לשנייה מאשר מצלמת וידיאו סלולרית.

עם 12 אנטנות, מערכת NIST יצרה תמונות של 4096 פיקסלים, ברזולוציה של כ -10 ס"מ על פני סצנה של 10 מטר. רזולוציית תמונה זו יכולה להיות שימושית כאשר רגישות או פרטיות הם דאגה. עם זאת, ניתן לשפר את הרזולוציה על ידי שדרוג המערכת בטכנולוגיה קיימת, כולל אנטנות משדרות יותר ומחוללי אותות אקראיים ומהירים יותר.

בעתיד, ניתן יהיה לשפר את התמונות באמצעות הסתבכות קוונטית, שבה התכונות של אותות רדיו בודדים יתקשרו זו בזו. הסתבכות יכולה לשפר את הרגישות. תוכניות תאורה קוונטיות בתדר רדיו עשויות להגביר את רגישות הקליטה.

ניתן להתאים את טכניקת ההדמיה החדשה להעברת אור גלוי במקום אותות רדיו – לייזרים מהירים במיוחד יכולים להגביר את רזולוציית התמונה אך יאבדו את היכולת לחדור לקירות – או גלי קול המשמשים ליישומי הדמיית סונאר ואולטרסאונד.

בנוסף להדמיה של מצבי חירום ופסולת חלל, ניתן להשתמש בשיטה החדשה גם למדידת מהירות גלי ההלם, מדד מפתח להערכת חומרי נפץ ולמעקב אחר סימנים חיוניים כמו דופק ונשימה, אמר דה סילבה.

.



קישור לכתבת המקור – 2021-06-25 17:05:23

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס

עוד מתחומי האתר