研究小组将光子学应用于雷达系统

    悉尼，一种光子雷达系统，其开发人员认为它非常灵敏，可以检测物体的位置、速度和角度，精确到毫米级，可用于自动驾驶辅助、手势识别、环境传感和医学成像。悉尼大学的研究人员开发了光子宽带步进频率 (P-WSF) 雷达系统。测试表明，该系统无需高速电子设备即可成功处理广泛的频率范围。

    研究人员说，光子学的使用使该系统能够以比传统电子雷达系统更简单且可能更便宜的格式生成高分辨率图像。该系统使用模拟光子生成并仅使用兆赫 (MHz) 级电子设备处理超宽带信号，以进行检测和成像。它使用由低频电子振荡器驱动的频移光调制合成步进频率 (SF) 连续波雷达信号。

   宽带雷达信号及其在接收器处的回波的光学混合产生了一个带宽远小于频率步长的解调信号。该信号可以由高精度的低带宽设备处理，以实现实时雷达测距和成像。

   由于雷达的带宽是由基于 MHz 级电子学的声光调制驱动和处理的，因此无需高速、复杂的电子设备来生成和处理宽带雷达信号。雷达的信号带宽超过 11 GHz，可以超过 20 GHz，没有射频 (RF) 天线带宽限制。

   P-WSF 雷达提供厘米级的高空间分辨率和 200 帧/s-1 的实时成像速率。它结合了高分辨率和快速响应，使其能够以高分辨率检测快速移动的物体，例如无人驾驶飞行器 (UAV) 的叶片。研究人员展示了使用 P-WSF 雷达系统进行高分辨率距离检测和二维雷达成像。他们实现了低至 1.3 cm 的高空间分辨率和超过 5 × 10⁵ 的超大时间带宽积。

Ziqian Zhang和Benjamin Eggleton教授优化了光子系统，该系统是该团队在激光与光子学综述论文中介绍的高频雷达机制的基础。

   这项技术的一个应用可能是监测生命体征；它可以通过连续检测患者胸部的起伏，不引人注目地监测皮肤敏感患者或婴儿的呼吸频率。呼吸频率通常由一条绑在患者胸部的带子来监测。与传统的健康监控方法不同，雷达系统会自动保护患者的隐私。传统的健康监控方法使用摄像头监控患者。

   研究人员计划在甘蔗蟾蜍上测试他们的系统，并最终在人类参与者身上进行测试。该技术是安全的，该研究正在接受伦理批准以继续进行。一旦团队开发出先进的原型，雷达就可以小型化到一个光子芯片上，该芯片小到可以内置到手机中。。

   P-WSF雷达可能会带来下一代宽带雷达，降低系统复杂度——这是自动驾驶、环境监测和生命体征检测等无处不在的传感应用的必要条件。