Новый фотонный радар способен отследить даже бабочку

Исследователи из Сиднейского университета создали новый тип радара, который способен определять объекты с точностью до сантиметра. В этом методе ученые применяют фотонную систему для генерации сигналов с более широкой полосой пропускания. Это дает возможность радару точнее детектировать мелкие объекты и генерировать изображения с высоким разрешением в более простом и потенциально менее дорогом формате, чем обычные электронные радарные системы. Система использует аналоговую фотонную генерацию и обрабатывает сверхширокополосные сигналы, используя только электронику мегагерцового уровня для обнаружения и визуализации.

Принцип работы радара основан на излучении радиочастотных сигналов и анализе того, как они отражаются. Таким образом выявляются местоположение, форма и скорость наблюдаемого объекта, например, самолета. Чаще всего в технологии используются частоты в несколько сотен мегагерц — они фиксируют изображения с точностью в метровом масштабе.

Если использовать более высокие частоты, то радар сможет фиксировать более мелкие детали — жесты, насекомых и т.д. Но есть и обратная сторона — это также расширяет полосу пропускания. Также генерация и обработка широкополосных радиолокационных сигналов увеличивает аппаратную нагрузку на сложную и высокоскоростную электронику, ограничивая ее возможности для способов применения, требующих высокого разрешения и точности.

Фотонные радары предлагают более высокие частоты, так как сигналы генерируются и обрабатываются с помощью лазеров. Уже достигнут некоторый прогресс в их разработке. Но и такой тип радаров в значительной степени зависит от дорогостоящих и сложных высокочастотных электронных устройств — настольных цифровых генераторов микроволновых сигналов, которые фундаментально ограничивают полосу пропускания и, следовательно, практическую пользу технологии.

В новом исследовании, вышедшем в Laser and Photonics Review, представлена усовершенствованная фотонная радиолокационная система, которая вырабатывает сигналы с полосой пропускания шириной 11 ГГц, сосредоточенной на частоте 34 ГГц. Немаловажно, что электронные компоненты для управления этой системой работают на частотах в диапазоне от 40 до 80 МГц, что делает требования к системе довольно простыми. Полученные таким методом изображения имеют гораздо более высокую точность —  до 1,3 см.

Во время испытаний фотонный радар мог отображать небольшие объекты размером всего 3 х 4 см, когда они двигались по вращающейся пластине. Кроме того, ученые "выследили" коммерческий беспилотник и даже смогли распознать его крутящиеся лопасти.

Одним из таких применений этой технологии может быть мониторинг показателей жизнедеятельности: система способна ненавязчиво контролировать частоту дыхания у пациента с чувствительной кожей или у младенца, постоянно обнаруживая подъем и опускание грудной клетки. Частоту дыхания обычно контролируют с помощью ремня на груди. К тому же радарная система автоматически защищает конфиденциальность пациентов.

Авторы разработки планируют испытать ее на тростниковых жабах и позднее — на людях. Технология безопасна, и как только команда ученых создаст продвинутый прототип, радар планируется превратить в фотонный чип, который настолько мал, что его можно встроить в смартфон.

Кроме того, такое изобретение может привести к появлению широкополосных радаров следующего поколения с уменьшенной сложностью системы, что найдет свое применение в автономном вождении, наблюдениях за окружающей средой и мониторинге показателей жизнедеятельности.