物理

地雷の発見に使用されるレーダー装置は、これらの物体が通常埋設されている深さの特徴を区別することが困難であり、誤検知につながり、時間の無駄になる可能性があります。 現在、研究者らは、これまで可能であったよりも深い深度にある小さな物体を分解できるレーダー法の概念実証を実証しました [1]。 研究者らは、彼らの技術により、現在の技術でアクセス可能な数センチメートルよりもはるかに深い、地下数メートルに埋められた地雷を検出できる可能性があると述べている。 考古学者もこの新しい方法を利用して埋蔵物を発見できる可能性がある。

レーダー システムは、物体に遭遇してデバイスに反射する可能性のある一連の短い電波パルスを送信します。 この装置は反射波を使用して物体のサイズと距離を測定します。 パルスの経路内に 2 つの物体がある場合、デバイスは反射電波の 2 つの異なるピークを検出すると、両方の物体を解決できます。

互いに接近している物体を解決するレーダーの出力を高めるために、パルスを短くすることができます。 パルスの長さを短くするには、パルスを構成する合計の周波数の広がりである帯域幅を増やす必要があります。 通常、パルスは高周波を追加することで短縮されますが、これらの周波数を追加することには欠点があります。 カリフォルニアのチャップマン大学のレーダー科学者、ジョン・ハウエル氏は、「周波数が増加すると、ほぼすべての物質媒体がより不透明になります」と述べています。 この不透明度の増加により、高周波を含む場合にプローブできる深さが制限されます。 したがって、より長い距離で感度を高めるには、レーダーユーザーはより長いパルスを使用する必要があり、その結果、解像度が犠牲になります。

この制限を克服するために、ハウエル氏らは、三角形の山と谷、および平らなセグメントを含むように切り取られた追加の山と谷を持つ、一連のジグザグのように見えるレーダー波形を設計しました。 傾斜部分は異なる反射波間の干渉に非常に敏感ですが、平坦部分はそのような干渉に鈍感です。

研究チームは、この波形を、遠端で 200 ナノ秒の長さの信号の 2 つのバージョン、つまり直接バージョンと数ナノ秒遅延したバージョンを生成するように配置された同軸ケーブルを通じて送信してテストしました。 オシロスコープは 2 つの信号の干渉を検出しました。これは、隣接する 2 つの物体から予想される反射を表しています。

結合された信号には、大幅に変更されたセクションと変更されていないセクションが含まれていました。 これらの「変化なし」領域は、研究者がパルス長よりも短い距離で発生し、2 つの反射間の干渉によって引き起こされる変化を検出できる基準点として機能しました。 この情報を使用して、チームは 2 つの仮想オブジェクト間の分離距離を推測しました。これは、他の方法で可能な距離よりも数万倍も短くなりました。

この概念実証は、この方法が大幅な改善をもたらすことを示しているとハウエル氏は言います。 「地雷を確認するのに十分な解像度を備えたレーダーは、地中数センチメートルしか探ることができません。 今ではサブセンチメートルの解像度を取得し、地下何メートルも探査できるようになりました。」 この改善により、考古学者は現在、大きな壁や空洞しか発見できませんが、小さな埋もれた物体を発見できるようになる可能性があります。 また、海洋学者が海底の地図を作成するのにも役立ちますが、現在のレーダーシステムでは不可能です。

ハウエル氏らの研究チームが報告した解像度の向上は、これまでの解像度を「桁違いに上回っている。これは印象的で刺激的だ」と、オーストリアのインスブルック大学で量子レーダーの研究をしている量子物理学者のステファン・フリック氏は言う。 フランスのリモージュ大学のレーダー技術の専門家、トーマス・フロマンテズ氏も同様の結論に達しています。 「解像度の制限は、レーダー画像処理におけるハードウェアのかなりの制限を意味します」と彼は言い、新しい研究は超解像度手法の開発に役立つ可能性がある。