我们已经有了雷达近一个世纪。雷达是人类技术工具箱中一项不起眼但优雅简单的技术：你发出无线电波，用接收器接收它们的反射，然后分析这些波来分辨物体的位置和距离。
如今，设计者已经能够利用多个接收器创建复杂的雷达系统。当一个设备，比如你的手机，向多个接收器发送信号，就可以通过三角测量法以惊人的精度定位。
现在，美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的研究人员已经开发出一种新的雷达扫描系统，它采用了相反的配置，即一个接收器和多个发射器。这种新的无线电设置能够创建实时图像和视频，即使物体隐藏在墙壁后面或以超音速移动。
这项技术有可能让急救人员更容易地在充满烟雾的燃烧建筑物中找到人，或者追踪太空中高速移动的碎片。研究人员在《自然·通讯》杂志上公布了他们的结果。
NIST 的系统依赖于微波——波本身，而不是电器——尽管微波确实会反射加热你的食物。微波是无线电波家族中波长最短的。它们的波长可以从尺子的长度到硬币的厚度不等。它们已经被用于雷达；例如，用于检测汽车在道路上速度的设备通常依赖于微波。
如果进一步缩短微波波长——比最短微波短一万倍——你就会得到可见光。所有这些都位于电磁频谱上，除了波长不同，它们在本质上没有区别。
但在成像方面，微波比光有一些优势。“很明显，我看不到墙壁的另一边，因为人眼敏感的波长很难穿透这些物体，”NIST 的研究负责人之一 Fabio da Silva 说。“然而，如果你转向更长的波长，比如微波波段……你应该能够‘看透’墙壁。”
确实，这就是为什么你的路由器能连接到家里的任何地方，或者你的手机在地下也能接收到信号——它们通过微波连接到互联网，微波可以穿透墙壁和地板。这也意味着研究人员的新系统能够穿透相对致密的材料，如干墙和混凝土。它也不会受到厚云和雨等恶劣天气的影响。
但传统雷达在快速成像方面并不擅长。“为了获得图像，[雷达系统] 通常需要扫描其照射模式，这通常会减慢成像过程，”研究微波成像的亚利桑那州立大学教授 Mohammadreza Imani 说，他没有参与 NIST 的研究。
NIST 的研究人员希望创建一个能够克服这一限制的系统。为了获得灵感，NIST 团队研究了称为“单像素相机”的新设备，它们本质上是 senza 镜头的相机。它们发出光，并利用超快速、超灵敏的探测器测量光返回所需的时间。如果你有一个能够快速处理数据的系统，你就可以快速有效地创建图像。
研究人员系统的另一个关键部分依赖于所谓的“飞行中光”，它利用波如何从物体反射到达接收器的原理。“你利用了光线从其他物体反射，然后这些物体从多次反射中照亮其他物体这一概念，”da Silva 说。
除了成像，飞行中光通常用于 3D 渲染软件以创建更逼真的图像。NIST 的研究人员将其改编以用于他们的微波。
对于 da Silva 和他的同事来说，一个巨大的障碍是将所有这些概念整合到一个可用的扫描系统中。因此，他们转向了 GPS，GPS 通过定位相对于多个卫星的位置来确定你的位置。Da Silva 和他的同事使用了多个微波源和一个接收器，依靠计算机算法将所有内容联系起来。
结果是一个系统，可以在微秒内扫描一个公寓大小的区域，然后找到小至 1 毫米的物体。研究人员还希望该系统能够应用于与雷达最初目的类似的应用：追踪超音速物体，速度超过声速的五倍。例如，爆炸或太空碎片，后者随着地球轨道上人类制造的垃圾越来越多而构成越来越大的威胁。
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Imani 说：“除了在广阔的场景上提供快速成像外，本文讨论的系统还可以区分第一和第二散射事件。”换句话说，它不仅可以检测一次反射，还可以检测多次反射。“可以使用第二散射事件来成像穿过障碍物以及绕过障碍物的物体。”
该团队的结果基于 NIST 的实验室演示。此后，da Silva 离开了 NIST，加入了一家名为 Wavsens 的初创公司，他希望在那里继续从事该系统的研究，并最终将其发展成可以推向市场并获得更广泛应用的产物。
他说：“我们预计在接下来的几个月内将进行原型测试。”“然后，我们可能会在明年，推出或在实际应用中进行测试。”
除了这个系统，其他研究人员还希望制造更快、更具侵入性、体积更小的微波安全扫描仪，而不是你在机场看到的巨大气动管箱。微波成像仪也是自动驾驶汽车的支柱。Imani 说，小型微波相机甚至可能出现在你的手机中。
Imani 说：“它还可以用于娱乐，例如检查鞋子是否合脚，而没有任何有害影响。”——有点像老式的 X 射线鞋适配器，但没有不必要的辐射。
