RW Space

Свертки, с другой стороны, можно использовать для определения места появления известного шаблона в сигнале. Например, в радаре обнаружение совпадения отраженного импульса с переданным может помочь определить, насколько далеко находится объект.

Обе операции имеют практическое применение в радаре. Преобразования Фурье могут выявить доплеровский сдвиг отраженного сигнала – насколько длина волны растягивается или сжимается – чтобы увидеть, насколько быстро движется объект. Как уже упоминалось, свертки могут определять расстояние.

Но исследователи не строили две отдельные метаповерхности. Вместо этого они создали одну, которая может чередовать две задачи путем переключения последовательности временного кодирования, используемой для программирования поверхности.

«Мы программируем метаповерхность с помощью последовательности временного кодирования, которая представляет необходимое вычислительное ядро. Когда радиочастотный сигнал достигает метаповерхности, он непосредственно модулируется этим изменяющимся во времени откликом», — сказали исследователи.

«Полученные волновые компоненты затем когерентно объединяются, производя преобразование Фурье или результаты свертки в исходящей электромагнитной волне. В этом смысле основной процесс умножения и суммирования выполняется физически за один раз, а не рассчитывается по пунктам цифровым процессором.

По сути, поверхность запрограммирована изменяющимся узором, который соответствует желаемой математической операции. Приходящая радиоволна попадает на него и тщательно контролируемым образом изменяет форму метаповерхности. Различные компоненты результирующей волны объединяются для выполнения расчетов.

Исследователи протестировали метаповерхность в различных условиях – внутри чистой лаборатории, а также на открытом воздухе с реалистичными условиями многолучевости и помех – и обнаружили, что она способна точно выполнять обе операции в режиме реального времени.

Например, они подали в систему смоделированное радиолокационное эхо от цели, движущейся со скоростью 200 метров (656 футов) в секунду. Он вернул скорость 201 метр в секунду с 500 точками выборки и 199,5 метра в секунду с 1000 точками выборки — оба значения находятся в пределах разрешения системы.

Они также проверили его способность измерять расстояние с моделируемыми целями на расстоянии от 4 до 28 километров (от 2,5 до 17,5 миль). Ошибки оставались в пределах 300-метрового разрешения системы.

И все это можно было сделать, переключив метаповерхность с Преобразование Фурье в свертку без модификации аппаратного обеспечения.

Это не означает, что традиционное оборудование больше не требуется; как отмечают исследователи: «Обычная электроника по-прежнему используется для генерации и загрузки последовательностей временного кодирования, управления и синхронизации метаповерхности, а также получения и отображения выходных данных».

Однако это может привести к более простой цепочке обработки радиочастотных сигналов, которая может уменьшить зависимость от таких компонентов, как высокоскоростные аналого-цифровые преобразователи и цифровые преобразователи. процессоры.

Следующим препятствием будет увеличение скорости модуляции метаповерхности при сохранении точности, стабильности и энергоэффективности. Более быстрая модуляция необходима для обработки широкополосных сигналов, но она может привести к большим потерям сигнала и более сложному оборудованию.

Когда они появятся, очевидным первым применением будет радар, однако оттуда можно будет реализовать систему в ряде радиоприложений, в том числе. Связь 6G, спутниковые системы и автомобильные радары.

По теме: Тайна странного сигнала, обнаруженного в австралийской пустыне, наконец раскрыта

«В конечном итоге, — рассказали ScienceAlert Дай, Ченг и Цуй, — мы представляем себе единую аппаратную платформу, которая сможет гибко переключаться между различными вычислительными задачами, просто изменяя последовательность временного кодирования».

Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.