超分辨率衍射神经网络用于超出衍射极限的全光学到达方向估计
Sheng Gao1, Hang Chen1, Yichen Wang1
1Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084, China.
Light, science & applications
|July 10, 2024
概括
超分辨率衍射神经网络 (S-DNN) 能够对无线电波进行全光学到达方向 (DOA) 估计,实现超快速,超出电子限制的高分辨率传感. 这种光子方法为无线传感和通信提供了显著的速度和能源效率.
科学领域:
- 光子学和电磁学 在
- 人工智能和机器学习
- 无线通信系统无线通信系统
背景情况:
- 当前到达方向 (DOA) 估计依赖于电子电路,限制传感速度和能源效率.
- 现有的方法涉及复杂的信号处理,调节和基带信号的采样.
研究的目的:
- 引入超分辨率衍射神经网络 (S-DNN),用于直接处理电磁波.
- 以提高分辨率和减少延迟,以光速实现全光学DOA估计.
- 探索用于集成传感和通信应用的S-DNN.
主要方法:
- 在S-DNN中利用多层元结构来产生超振荡角响应.
- 采用被动和可重新配置的S-DNN的时空复杂化来进行宽视野估计.
- 应用S-DNN的边缘计算与可重新配置的智能表面.
主要成果:
- 证明了全光学DOA估计与角分辨率超出衍射极限.
- 实现了多个无线电源在5GHz带宽上的DOA估计.
- 报告的估计延迟比商业设备低两到四个数量级.
- 通过实验实现了角分辨率,比衍射限度分辨率高出一个数量级.
结论:
- S-DNN提供了一种光子计算解决方案,用于高速,高分辨率的无线传感.
- 该技术在速度,能源效率和分辨率方面比电子计算具有显著的优势.
- 这项工作为与光子处理器集成的传感和通信系统铺平了道路.
