一種新型光子雷達，可用于無創醫療監測
2022-02-18 13:03:21 EETOP隨著自動駕駛汽車、家庭自動化和智慧城市設計等工程進步在日常生活中變得越來越普遍，工程師有很多工作要做。一些任務涉及為給定環境的高分辨率和實時傳感開發更好、更有效的成像技術。
開發此類技術依賴于新領域的創新和重新構想當前和舊技術。
通用雷達系統的框圖
其中一項稱為光子雷達的發明改進了傳統的雷達技術，同時有可能集成到現有系統中，并為新的和可能挽救生命的應用打開了大門。
本文將重點介紹傳統雷達在現代實施中的一些缺點，以及悉尼大學目前正在開發的一種新的光子雷達技術。
傳統雷達成像技術
雷達或無線電探測和測距是用于探測和跟蹤物體以及分析其速度和角動量的一些最廣泛使用的方法。
這些系統自 1940 年代以來就已經存在。起初，它們的使用與第二次世界大戰期間的軍事行動密切相關。
從那時起，雷達在我們的日常生活中發現了其他用途，作為不同類型設備和技術的傳感工具。這種采用是因為雷達原理通常非常簡單且易于操作和制造。
雷達的工作原理是從收發器發出短脈沖電磁波并計算它們反彈所需的時間。因此，它可以測量任何妨礙系統的物體及其相對于測量儀器的距離和位置。
盡管如此，傳統雷達技術在現代應用中的實施仍存在一些缺陷。通常，雷達系統是根據具體情況開發的，根據小范圍的特定傳感需求，使單個系統具有專有性。
盡管一些公司正在致力于雷達開發的標準化，但個別應用通常需要非常不同的電子設備、不同的工作頻率和不同的功率要求，即使它們的開發和軟件平臺是通用的。
盡管典型的雷達系統取得了進步，但仍有改進的地方。一種旨在提供更準確和精確雷達的雷達系統使用光子學。
光子雷達具有更高圖像質量（分辨率），可以檢測到毫米級別。
悉尼大學的光子雷達技術
光子雷達技術的最新進展之一是悉尼大學開發的一種被稱為“高級光子雷達”的設備。
在 Benjamin Eggleton 教授的帶領下，在美國空軍和澳大利亞研究委員會的支持下，該項目背后的團隊著手改進雷達并制造超高分辨率成像傳感器。
與常規雷達類似，該系統使用無線電波來測量物體的速度、位置和角速度；然而，它的一些主要組件是使用光子電路而不是電子電路制造的。
光子學的這種使用使其比傳統雷達具有優勢，并且成像分辨率為毫米而不是米。
此外，光子學降低了雷達系統的硬件負擔，同時提高了其采樣精度，并允許使用更廣泛的工作頻率，而無需任何額外的組件。
研究人員雷達測距演示的實驗裝置示意圖
減少硬件負擔，或者在這種情況下，基本上使用更少的組件來做更多的事情，將使光子雷達系統具有普遍用途，具有能源和空間效率，并且與傳統雷達系統相比成本更低。
RF" style="margin: 1.4em 0px; color: rgb(18, 18, 18); font-family: -apple-system, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Microsoft YaHei", "Source Han Sans SC", "Noto Sans CJK SC", "WenQuanYi Micro Hei", sans-serif; font-size: medium;">該特定設備由以下部分組成：
光子雷達系統的應用
光子雷達系統的潛在應用沒有限制；然而，Eggleton 教授，以及 合作者Ziqian Zhang （音譯：張子謙）目前正在研究醫療監控領域的未來救生應用。
張子謙（左）和 Benjamin Eggleton 教授（右）展示了他們的雷達系統。圖片由悉尼大學提供
使用他們的光子雷達傳感器，該團隊希望開發一種檢測患者生命體征（如呼吸和心率）的新方法。
通過連續測量患者身體的細微運動，該技術可以檢測他們的呼吸模式并確定潛在的異常情況，而無需將任何設備連接到患者本身。這種方法將有利于對燒傷患者或嬰兒進行非侵入性測量，否則這些測量對傳統傳感器和監測設備很敏感。
類似的測量可以通過使用攜帶更多數據和用戶可用于識別患者的私人信息的視頻捕獲技術來完成。
光子雷達系統可以幫助解決醫療監測的隱私問題，因為它只能捕獲與患者健康相關的特定信息，允許完全隱私和匿名，同時還遵守該領域的法律和法規。
光子雷達系統的未來
這種光子雷達系統仍在開發中，悉尼大學的研究人員正在計劃在獲得倫理批準后進行多個測試階段。
他們目前的計劃是首先在蟾蜍上測試這項技術，然后再轉移到人類參與者身上。
由于雷達中使用的無線電波的非侵入性，基于該技術的生命體征醫療設備在家庭或醫院環境中廣泛使用是完全安全的。
未來，該團隊計劃縮小這些傳感器，使其小到足以嵌入到手機和其他設備中。
