穿墻透壁的“眼”

石出

新的微波成像技術(shù)可以幫助消防員找到被困在燃燒的建筑物中的人。

隨著城市人口越來越多，可居住面積越來越小，人們不得不把住宅建得越來越高，這埋下了隱患——一旦發(fā)生火災(zāi)，人們往往無處可逃。而且，高樓火災(zāi)的救援也十分艱難，樓中有許多居民，消防員無法一一確定居民的藏身之處，也不能很快獲知住所中是否有沒能逃脫的居民，無法及時救援。好消息是，最近的一種新技術(shù)有望解決這一燃眉之急。

這項“新”技術(shù)其實也算舊瓶裝新酒了，因為設(shè)計者不過是重新利用了雷達(dá)掃描技術(shù)。我們使用雷達(dá)技術(shù)將近一個世紀(jì)了：首先發(fā)送無線電波，用接收器接收阻礙物反射回來的無線電波，然后根據(jù)物理知識算出阻礙物的位置和距離?，F(xiàn)在，雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)成為一種十分常用的定位技術(shù)。但是，正如它的原理一樣，雷達(dá)技術(shù)所用的無線電波遇到房屋時會被四壁的高墻反射回來，人們無法利用它來穿墻透視密閉房屋中的情況。

不過，不是所有無線電波都不能穿墻，比如微波——最短的無線電波就具有更高的穿透本領(lǐng)。如今，我們已經(jīng)離不開微波了，無線網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)信號本質(zhì)都是微波。微波不僅能穿墻，還能穿透云層和雨雪，因此早在20世紀(jì)50年代人們就已經(jīng)在研制微波雷達(dá)，將其應(yīng)用于偵察衛(wèi)星。

但是，傳統(tǒng)微波雷達(dá)并不擅長快速形成詳細(xì)的圖像。傳統(tǒng)雷達(dá)所收到不同位置的回波不是同時的，而是依靠雷達(dá)天線的運動，分時順序獲得的，通過一定的信號處理算法使之合成一個相對較大的圖像。圖像的清晰度不算高，而且移動的物體成像更加模糊。更重要的是，雷達(dá)只能在較大范圍內(nèi)成像，一旦范圍過小，接收器接收到的信號就會疊加在一起，更加無法形成準(zhǔn)確的圖像了。

美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的研究人員想到了一個方法克服這個缺點，給雷達(dá)配備一個接收器和多個發(fā)射器，讓物體在障礙物后或運動中發(fā)射出的微弱信號都無所遁形。當(dāng)接收器將所有發(fā)射器發(fā)出的信號一起捕獲后，研究人員通過計算機(jī)算法處理數(shù)據(jù)，就可以很快得到一個清晰的圖像。

研究人員布置了一個“火災(zāi)現(xiàn)場”：布滿濃煙的一間房屋，并在屋中放置了一個邊長約1毫米的物體。隨后他們來到屋外，需要通過這套系統(tǒng)找到屋中的物體。最終，他們成功了——而且整個過程在幾微秒內(nèi)就完成了。

除了幫助消防員，研究人員還希望借助該系統(tǒng)可快速成像的優(yōu)點來跟蹤高速物體。這樣的話，它將發(fā)揮更大的作用，包括搜索近地軌道上的太空垃圾、作為自動駕駛汽車的“眼睛”等。對于這一前景，研究人員信心滿滿，他們預(yù)計只需幾個月就能完成原型測試的工作，隨后很快就能推出可實際應(yīng)用的設(shè)備。

實驗設(shè)備模型