便宜的太赫兹成像

太赫兹成像在机场安检处已经很熟悉了，它还有许多其他有前景的应用——从爆炸物探测到汽车防撞。像声纳或雷达一样，太赫兹成像通过比较一系列传感器的测量结果来生成图像。这些阵列必须非常密集，因为传感器之间的距离与波长成正比。

在最新一期的《IEEE天线与传播学报》上，麻省理工学院电子研究实验室的研究人员描述了一种新技术，可以将太赫兹或毫米波成像所需的传感器数量减少10倍，甚至100倍，使其更加实用。这项技术还可能对设计新的高分辨率雷达和声纳系统产生影响。

在数码相机中，镜头聚焦入射光，使视觉场景的一小块反射光照射到传感器阵列的相应小块上。相比之下，在低频成像系统中，入射波——无论是电磁的还是声纳的声波——都会照射到阵列中的所有传感器。当波到达每个传感器时，系统通过比较波的相位(波谷和波峰的对齐)来确定波的起源和强度。

只要传感器之间的距离不超过入射波波长的一半，计算就相当简单，只需将传感器的测量值颠倒即可。但如果传感器之间的间隔超过半个波长，反演就会产生不止一种可能的解决方案。这些解将围绕传感器阵列以规则角度间隔，这种现象被称为“空间混叠”。

缩小范围

然而，在低频成像的大多数应用中，探测器周围的任何给定圆周通常都是稀疏分布的。这就是新系统利用的现象。

麻省理工学院电气工程和计算机科学系住友电气工业工程系教授、这篇新论文的合著者格雷戈里·沃内尔说:“想想你周围的范围，比如5英尺。”“实际上，在你周围5英尺的地方没有那么多东西。或者在10英尺处。场景的不同部分在不同的范围内被占用，但在任何给定的范围内，都是相当稀疏的。粗略地说，这个理论是这样的:如果在给定的范围内，场景的10%被物体占据，那么你只需要整个数组的10%就可以实现完全分辨率。”

诀窍在于确定要保留数组的哪10%。保留每10个传感器是行不通的:导致混叠的是传感器之间距离的规律性。任意改变传感器之间的距离可以解决这个问题，但这也会使传感器测量结果的反演——计算波源和强度——变得异常复杂。

常规的不规则性

因此，沃内尔和他的合著者——詹姆斯·克里格，沃内尔以前的学生，现在麻省理工学院林肯实验室工作;尤瓦尔·科赫曼，前博士后，现在耶路撒冷希伯来大学的助理教授——转而设计了一种探测器，将传感器成对分布。规则的传感器对间距保证了场景重建的高效计算，但每个传感器到下一个传感器之间的距离仍然是不规则的。

研究人员还开发了一种算法，可以确定传感器分布的最佳模式。从本质上讲，该算法最大化了任意传感器对之间不同距离的数量。

克里格和他在林肯实验室的新同事们一起，用部署在停车场的一维传感器阵列在雷达频率上进行了实验，验证了理论的预测。此外，沃内尔对该理论的稀疏性假设的描述——在给定距离上占据10%意味着传感器的十分之一——适用于一维阵列。许多应用——比如潜艇的声纳系统——转而使用二维阵列，在这种情况下，节省的成本是复合的:两个维度中每个传感器的十分之一转化为整个阵列中传感器的百分之一。

麻省理工学院

www.mit.edu

- CFE传媒编辑。查看更多控制工程传感器和视觉故事．

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。