美国莱斯大学(Rice University)的工程系学生开发了一种实时3D雷达系统，作为下一代汽车行业避碰系统的概念。

 

斯宾塞·肯特(Spencer Kent)紧张地站在赖斯大学(Rice University)年度工程设计展(Engineering Design exhibition)上的dra d.i.s团队展台前。裁判将在10分钟后开始，他的队友盖伦·施密特(Galen Schmidt)正疯狂地将电脑代码输入位于该队定制雷达系统旁的笔记本电脑中。

 

肯特、施密特和他的队友杰里米·亨特在不到12小时前的一个史诗般的通宵中组装好了他们的设备——一个基于脉冲的实时三维成像雷达。三人不记得这是他们上周的第三个还是第四个不眠之夜。他们已经记不清。“我们知道这将是一场通往终点的比赛，”肯特说。“我们整个学期都在做这个。”天富代理主管

 

三小时后，在短短几分钟内，参赛队伍会被两次召集到领奖台上，获得该节目前三名中的两名。这是比赛历史上第一次出现这种情况。D.R.A.D.I.S是“动态雷达和数字成像系统”(dynamic radar and digital imaging system)的缩写，它获得了5000美元的工程卓越奖(Excellence in Engineering)，以及3000美元的威利革命奖(Willy Revolution Award)，奖励工程设计方面的创新。

 

该系统被设计为下一代汽车行业避碰系统的概念验证。目前汽车上的雷达系统能感应到附近的物体，但不会试图对其成像。D.R.A.D.I.S.。它的16个脉冲雷达天线将数据传送到一个高端游戏显卡上，该显卡使用超过2000个处理核心每秒完成大约1万亿次计算。

 

“他们的表现达到或超过了我从经验丰富的实践工程师那里看到的水平，”dra d.i.s的教员导师、电气和计算机工程实践教授加里·伍兹(Gary Woods)说。“系统的设计和集成既是杰作，也是走钢丝表演。”

 

伍兹说，三人制定了一个“非常激进”的时间表，要求定制设计或实现天线、印刷电路板、低级软件和高级图像重建算法。天富代理主管

 

“他们让系统在设计展示前几个小时就开始工作了，”他说。“没有犯错的余地。”

 

对许多人来说，雷达这个词仍然让人想起冷战时期屏幕上的光点和旋转天线。这种雷达的工作原理是连续发射微波。当微波击中一个物体时，其中一些会被反射回来，“连续雷达”系统通过读取反射的信息就能知道一个物体有多远以及它移动的速度有多快。

 

D.R.A.D.I.S的“脉冲雷达”技术是不同的。它使用频率约为10千兆赫的低功率微波的短脉冲。它的能量级别比手机小1000万倍，这意味着脉冲只能传播很短的距离。但因为它们是脉冲，它们有非常大的带宽，这意味着反射信号包含了目标的大量信息。

 

为了建造他们的天线阵列，肯特、亨特和施密特从初创公司XeThru购买了16个现成的脉冲雷达收发芯片，一种被称为“现场可编程门阵列”(FPGA)的可重编程硬件，以及一个类似于智能手机使用的ARM处理器。在D.R.A.D.I.S.中，几乎所有其他东西都是定制的，包括每个收发器的16块电路板和背板电路板，它允许收发器与FPGA通信，并保持在3万亿分之一秒内同步。该团队还编写了1万多行计算机代码。

 

研究小组的赞助人、赖斯大学电子与计算机工程助理教授艾丁·巴巴哈尼(Aydin Babakhani)说，研究小组首次尝试将现成的低功率雷达收发器整合到实时三维成像系统中。

 

Babakhani说:“他们还没有显示出它正在生成3d图像，但他们仍在工作，希望能在毕业典礼前完成。”“如果他们做到了，我们相信这将是世界上第一个基于脉冲的实时三维成像系统。”

 

他说，dr.a.d.i.s作为概念证明非常重要，因为它表明，使用研究级的收发器，在更奇异的波长(比如太赫兹范围)上工作，也可能完成什么任务。

 

Babakhani表示:“就潜在的应用而言，该团队已经演示的实时图像处理技术可以用于安全筛查、汽车行业和医疗应用。”

 

“举例来说，在安全方面，已经用于机场检查的全身扫描仪非常昂贵和庞大，”他说。“如果D.R.A.D.I.S的技术得到充分发展，它就能以低成本提供类似的筛查，而且会紧凑得多。”