雖然眾所周知，軍事和執(zhí)法機(jī)構(gòu)利用射頻技術(shù)（以及熱能，聲學(xué)和紅外線）讓他們能夠透過(guò)墻壁看到，但人們普遍認(rèn)為這種類(lèi)型的民用用途技術(shù)也是如此。

許多木匠甚至是“自己動(dòng)手”的房主已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)小型磁性螺柱探測(cè)器可以幫助識(shí)別釘子被釘入實(shí)心梁的位置。然而，鉚釘并不是墻上唯一關(guān)注的問(wèn)題。被金屬鉆頭意外刺穿的電線會(huì)引發(fā)火災(zāi)。意外刺破燃?xì)夤艿揽赡軙?huì)導(dǎo)致爆炸性后果。視頻線，電話線，報(bào)警系統(tǒng)線，網(wǎng)絡(luò)等都可能只是看不見(jiàn)而且同樣容易受到攻擊。

現(xiàn)代低成本射頻技術(shù)正在幫助解決這一問(wèn)題。高頻半導(dǎo)體和集成電路與先進(jìn)的處理器和顯示系統(tǒng)相結(jié)合，在從墻板后面創(chuàng)建圖像時(shí)為我們提供了X射線視覺(jué)。

使用這項(xiàng)技術(shù)可以執(zhí)行其他有用的功能，包括：

生命探測(cè)器可以找到埋在瓦礫中的人

尋找地下和埋設(shè)公用設(shè)施和燃?xì)夤艿?/p>

戰(zhàn)術(shù)進(jìn)入或襲擊

嬰兒監(jiān)視器可以通過(guò)床單，毯子和羽絨被檢測(cè)是否有嬰兒在呼吸

監(jiān)視設(shè)備

橋梁和甲板檢查

地雷探測(cè)（245 W可在土壤或道路以上不到1米的高度穿透2至4米深度）

液位傳感

汽車(chē)備用雷達(dá)

本文探討了RF如何用作穿墻技術(shù)以及如何渲染圖像從中。它研究了一些技術(shù)和架構(gòu)，設(shè)計(jì)師可以在改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)之前將其作為起點(diǎn)。

內(nèi)部工作原理

緊湊型多通道雷達(dá)系統(tǒng)有用范圍傳感應(yīng)用通常在1到40米之間運(yùn)行。到達(dá)范圍和到達(dá)角信息均由返回信號(hào)處理，返回信號(hào)通常在400MHz和8GHz之間。高性能處理可以區(qū)分目標(biāo)與雜波。

穿墻成像系統(tǒng)可以作為連續(xù)波或脈沖設(shè)備運(yùn)行。連續(xù)波可以使用多普勒頻移技術(shù)來(lái)檢測(cè)非常小的運(yùn)動(dòng)，甚至是呼吸（圖1）。這些雷達(dá)的工作方式與精細(xì)調(diào)諧的運(yùn)動(dòng)探測(cè)器類(lèi)似，使用無(wú)線電波將距離超過(guò)50英尺的運(yùn)動(dòng)歸零。他們可以檢測(cè)是否有人在房子內(nèi)，他們?cè)谀睦铮麄兪欠裨谝苿?dòng)，或者他們是否有武器。然而，準(zhǔn)確的反射信號(hào)時(shí)序很難完成，但始終保持穩(wěn)定的發(fā)射器。

圖1：除了成像之外，多普勒連續(xù)波系統(tǒng)還可以檢測(cè)頻移的微小運(yùn)動(dòng)。呼吸是周期性的，但頻率會(huì)有所不同，這可以被檢測(cè)到。

勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）開(kāi)發(fā)的脈沖技術(shù)或微脈沖雷達(dá)（MIR）發(fā)出的RF脈沖被他們遇到的任何物體反射回來(lái)（圖2）。反射信號(hào)保持尺寸信息（反射的強(qiáng)度），距離信息（反射返回的時(shí)間），材料成分（反射信號(hào)的微震和噪聲特性），相對(duì)密度（信號(hào)強(qiáng)度的對(duì)比度）和軌跡（對(duì)象的路徑或速度可以從一組樣本中推導(dǎo)出來(lái)。

圖2：脈沖雷達(dá)可以分配不同頻段的脈沖能量來(lái)辨別具有不同反射特性的目標(biāo)。在一個(gè)頻率上吸收的材料可能在另一個(gè)頻率上反射，因此掃頻可以使它們不會(huì)隱藏。

信號(hào)的衰減取決于建筑材料和使用的波長(zhǎng)以及發(fā)射器光束的發(fā)散角。較長(zhǎng)波長(zhǎng)往往比較高頻率更好地穿透障礙物，但是用較低頻率/較長(zhǎng)波長(zhǎng)信號(hào)檢測(cè)輕微多普勒頻移更加困難。當(dāng)提供更好的位置數(shù)據(jù)和輕微的移動(dòng)時(shí)，這為更高的頻率提供了優(yōu)勢(shì)。

然而，像所有材料一樣，有共振和吸收點(diǎn)（圖3）。通過(guò)對(duì)您期望遇到的材料類(lèi)型的正手知識(shí)，可以更容易地選擇獲得剛性圖像所需的正確頻帶，啁啾模式和功率水平。

圖3：掃描頻率不僅可以透過(guò)墻壁，還可以檢測(cè)使用的材料。出于成像目的，選擇反射波段可提供最詳細(xì)的信息。

掃描頻率的能力有助于在實(shí)時(shí)掃描中找到共振，并識(shí)別用于最大化穿透范圍和圖像重建分辨率的頻率，組合和模式。另一種使用的技術(shù)是啁啾或復(fù)合信號(hào)，它包含幾個(gè)頻帶的調(diào)制值。然后，DSP處理可以檢查來(lái)自每個(gè)頻帶的數(shù)據(jù)，以更精確地重建圖像。

設(shè)計(jì)穿墻傳感器

大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)零件用于制作相當(dāng)全面的穿墻傳感器設(shè)備。理想情況下，需要寬頻帶的定向發(fā)射頻率。這需要定向天線或波導(dǎo)。

此外，需要平坦或空間補(bǔ)償?shù)陌l(fā)射器探測(cè)器表面，以更精確地掃描外表面，同時(shí)記錄反射信息以渲染失真最小的圖像。發(fā)射器和探測(cè)器之間的空間越大，就越容易找到更遠(yuǎn)的物體。單點(diǎn)發(fā)射器探測(cè)器更加方向地（在一個(gè)方向上）穿透。

多單元同步和控制可能很有用，因?yàn)檫@些設(shè)備可用于重建3D圖像。在建筑物外部均勻分開(kāi)的一些警察或士兵都可以使用穿墻傳感器來(lái)獲得有棱角的視角。進(jìn)一步增強(qiáng)，例如一個(gè)單元發(fā)送，而所有監(jiān)聽(tīng)可以允許更高的分辨率。

從設(shè)計(jì)人員的角度來(lái)看，需要一個(gè)寬帶和快速建立振蕩器或合成器來(lái)實(shí)現(xiàn)RF頻率范圍。另一個(gè)振蕩器或合成器或復(fù)合波形發(fā)生器用作調(diào)制啁啾模式（如果使用的話）。當(dāng)傳感器掃描不同的圖案尋找返回最清晰圖像的圖案時(shí)，光譜特性將發(fā)生變化。

寬帶振蕩器和合成器，如ADI公司的HMC835LP6GE，提供高達(dá)4.1 GHz的合成，具有精確的調(diào)節(jié)和PLL反饋控制。可以使用35LP6G評(píng)估板進(jìn)行快速測(cè)試，使您可以在不浪費(fèi)時(shí)間設(shè)置測(cè)試夾具的情況下進(jìn)行步進(jìn)和測(cè)試。

使用混頻器，濾波器和放大器，應(yīng)該是寬帶或可編程的。 ADI公司的5至10 GHz HMC587LC4BTR等寬帶放大器屬于許多建筑材料的低衰減范圍。該部件也可以使用公司的108648-HMC587LC4B突破評(píng)估板輕松測(cè)試。 HMC588LC4BTR也可提供類(lèi)似的8至12 GHz部分。

從離散的角度來(lái)看，功率電平和頻率的調(diào)整使得像NXP BFG540W/X，115這樣的部件非常適合這種類(lèi)型的設(shè)計(jì)。它體積小，在15 V時(shí)可以達(dá)到9 GHz和500 mW的輸出功率。更高的功率和可調(diào)節(jié)的功率水平可以穿透更多并允許選定的深度切片，它可以在任何一個(gè)視野內(nèi)查看深度塊時(shí)間。這允許操作員有效地調(diào)整外觀的深度。

當(dāng)多個(gè)單元要同步并一起使用時(shí)，數(shù)字中繼器技術(shù)可以允許跳躍和聚合數(shù)據(jù)以菊花鏈形式連接到中央控制器。這最大化了范圍并最小化了中央控制器必須同時(shí)操作的數(shù)量或有源RF鏈路。同樣至關(guān)重要的是具有DSP功能的高速處理器能夠處理數(shù)據(jù)流或塊以重新創(chuàng)建設(shè)備上顯示器或遠(yuǎn)程操作員顯示器可以使用的圖像。

警方和軍方使用

聯(lián)邦合同記錄顯示，美國(guó)法警局在2012年開(kāi)始購(gòu)買(mǎi)雷達(dá)，其他機(jī)構(gòu)的使用也在增加（圖4）。除了間諜和執(zhí)法之外，還可以使用該技術(shù)執(zhí)行許多其他有用的功能。例如，一些人建議使用穿墻雷達(dá)感應(yīng)技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)睡眠嬰兒，以防止嬰兒猝死綜合癥（SIDS）。雖然這可以檢測(cè)通過(guò)墻壁的呼吸，但應(yīng)該注意的是，長(zhǎng)時(shí)間輻射某人可能不健康。更好地利用這項(xiàng)技術(shù)可能是在發(fā)生地震等災(zāi)難性事件后發(fā)現(xiàn)埋在瓦礫中的人。

圖4：軍事和法律多年來(lái)，該技術(shù)一直在購(gòu)買(mǎi)和使用這些系統(tǒng)，該技術(shù)在工業(yè)，商業(yè)和公民基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)和維修中得到廣泛應(yīng)用。

透視墻技術(shù)有許多有用且合理的用途。雖然作為消費(fèi)產(chǎn)品仍處于相對(duì)初級(jí)階段，但執(zhí)法部門(mén)和軍事機(jī)構(gòu)之間存在著一個(gè)熱切的市場(chǎng)，并且越來(lái)越多的工程師意識(shí)到使用現(xiàn)代技術(shù)可以輕松實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，期望看到針對(duì)消費(fèi)者和商業(yè)空間的更多設(shè)計(jì)。