Новое исследование радара преодолевает почти столетний компромисс между длиной волны и разрешением по расстоянию
Джон Хауэлл, ведущий автор статьи в Physical Review Letters, и группа исследователей из Института квантовых исследований Университета Чепмена, Еврейского университета в Иерусалиме, Университета Рочестера, Института периметра и Университета Ватерлоо продемонстрировали разрешение по дальности более чем в 100 раз лучше, чем долгое время считалось предельным. Этот результат устраняет компромисс между разрешением и длиной волны, позволяя операторам использовать длинные волны и теперь иметь высокое пространственное разрешение.
Схемы экспериментов по дальности в свободном пространстве (а) и волноводах (б) и (в). Используя методы оценки параметров сигналов интерференционного класса, мы оцениваем расстояние между двумя глубинами рассеяния от цели, которая в противном случае была бы временно неразрешенной.
Авторы и права: Письма с физическим обзором (2023 г.). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.053803
Новые функции интерференционного радара, используемые группой исследователей из Университета Чепмена и других учреждений, улучшают разрешение расстояния между объектами с помощью радиолокационных волн. Результаты могут иметь важные последствия для военных, строительства, археологии, минералогии и многих других областей применения радаров.
Этот первый экспериментальный эксперимент открывает новую область исследований со многими возможными приложениями, которые могут прорваться в многомиллиардную индустрию радаров. Есть много новых направлений, которые можно использовать как в теории, так и в эксперименте.
Открытие решает проблему, стоящую уже девять десятилетий, которая требует от ученых и инженеров жертвовать деталями и разрешением ради расстояния наблюдения — под водой, под землей и в воздухе. Предыдущая граница ограничивала предполагаемое расстояние между объектами четвертью длины волны радиоволн; эта технология улучшает разрешение расстояния между объектами с помощью радиолокационных волн.
«Мы считаем, что эта работа откроет множество новых приложений, а также улучшит существующие технологии», — говорит Джон Хауэлл, ведущий автор статьи, опубликованной сегодня в Physical Review Letters. «Возможность эффективного гуманитарного разминирования или неинвазивного медицинского зондирования с высоким разрешением очень мотивирует», — добавляет он.
Хауэлл и группа исследователей из Института квантовых исследований Университета Чепмена, Еврейского университета в Иерусалиме, Университета Рочестера, Института периметра и Университета Ватерлоо продемонстрировали разрешение по дальности более чем в 100 раз лучше, чем долгое время считалось предельным. . Этот результат устраняет компромисс между разрешением и длиной волны, позволяя операторам использовать длинные волны и теперь иметь высокое пространственное разрешение.
Используя функции как с крутым градиентом, так и с нулевым временным градиентом, исследователи показали, что можно измерять очень небольшие изменения в форме волны, чтобы точно предсказать расстояние между двумя объектами, сохраняя при этом устойчивость к потерям поглощения. Для археолога это дает возможность отличить монету глубоко под землей от глиняного черепка.
Прорывная идея основана на суперпозиции специально созданных сигналов. Когда радиоволна отражается от двух разных поверхностей, отраженные радиоволны складываются, образуя новую радиоволну. Исследовательская группа использует специально разработанные импульсы для генерации нового вида наложенных импульсов. Составная волна обладает уникальными субволновыми свойствами, которые можно использовать для прогнозирования расстояния между объектами.
«В радиотехнике интерференция — ругательное слово, и ее считают вредным эффектом. Здесь мы переворачиваем это отношение с ног на голову и используем эффекты волновой интерференции, чтобы на несколько порядков нарушить давние ограничения на радиолокационную дальность», — говорит Эндрю Джордан, директор квантовых исследований Университета Чепмена. «При дистанционном радиолокационном зондировании детектору возвращается лишь небольшое количество электромагнитного излучения. Разработанные нами адаптированные формы сигналов обладают важным свойством самореференцирования, поэтому свойства цели можно отличить от потери сигнала».
Хауэлл добавляет: «Сейчас мы работаем над тем, чтобы продемонстрировать, что можно измерять не только расстояние между двумя объектами, но и многими объектами или выполнять детальное описание поверхностей».
