太赫茲雷達的特點及其應用

董 坤

（中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

0 引言

太赫茲波(Terahertz，THz)是指頻率在 0.1～10 THz（波長在 30 μm～3 mm）波段內的電磁波，也被稱為“T射線”，其頻譜介于微波與紅外光之間，是人類尚未完全認知和利用的頻段，在電磁頻譜上形成所謂“太赫茲空隙(THz gap)”。近年來，隨著各國持續加大對太赫茲技術的投入力度，太赫茲理論和基礎器件水平得到了快速發展和提高，其應用涵蓋了雷達探測、電子對抗、大氣環境監測、醫學成像、安全檢查等領域。本文將著重介紹太赫茲雷達的特點及其應用。

1 太赫茲雷達的特點

太赫茲頻譜的特殊位置賦予了太赫茲波一系列技術特點，當應用于雷達探測領域時，其特點主要有：

（1）測速精度高

太赫茲雷達頻率高，多普勒帶寬大，因而多普勒效應明顯，具有良好的多普勒分辨力，測速精度高。

（2）跟蹤精度高

太赫茲雷達波長短，因而波束寬度小，具有極高的空間分辨力，跟蹤精度高。

（3）抗干擾能力強

太赫茲雷達的極窄天線波束可以減少干擾信號進入雷達主瓣波束的機會，具有低被截獲性能，抗干擾性能好。

（4）成像分辨率高

太赫茲雷達頻率高，帶寬大，成像分辨率高，因而具有很高的目標識別能力。

2 太赫茲雷達國內外研究現狀

國際上進行太赫茲雷達研究的機構主要有美國的JPL實驗室和STL實驗室、德國的Fraunhdfer研究室、以色列的Ariel大學、西班牙Madrid Ciudad大學等，而國內進行太赫茲雷達研究的機構主要有中科院電子所、國防科技大學、中國工程物理研究院、北京理工大學、電子科技大學等。受限于當前太赫茲器件的發展水平和強烈的大氣衰減，目前太赫茲雷達主要應用于成像領域，工作頻率集中于太赫茲低端，如140 GHz、220 GHz等，成像距離在幾米到幾百米，成像分辨率在cm量級，例如，德國的220 GHz太赫茲成像雷達COBRA-220，其主要應用于近距離隱藏武器的探測、軍營和艦艇的防護，作用距離為500 m，成像分辨率為1.8 cm。圖1為該系統對汽車目標的成像結果。

圖1 COBRA-220對汽車目標的成像結果

另外，美國DAPPA開發的視頻合成孔徑雷達（ViSAR），工作頻段 0.231 5～0.235 THz，作用距離高達10 km，分辨率為0.2 m，圖像幀速率大于5 Hz，目標是透過云層、灰塵和其他遮蔽物進行ViSAR成像，并能夠定位機動目標。2017年的最新報告表明，該雷達成功獲取了被云層遮蔽的地面目標的實時、全運動視頻圖像。目前的太赫茲雷達遠距離探測系統多停留在研究論證階段，鮮有試驗系統報道。

3 太赫茲雷達應用

太赫茲雷達的諸多特點賦予了其在軍事應用領域的廣闊應用前景，如空間目標識別、彈道導彈預警、導彈精確制導、反隱身探測等。另外，由于地面太赫茲波衰減嚴重，因而太赫茲雷達的理想應用場景應是對流層以外的空間。

（1）空間目標識別

由于太赫茲雷達頻率高、帶寬大，因而其具有很高的探測和成像分辨力，非常有利于目標成像識別，因此，可作為目標識別雷達使用。另外，由于太赫茲雷達多普勒分辨率高，因而可對慢速運動目標形成較大的多普勒頻移，能夠提高對蠕動目標的發現和識別能力。最后，太赫茲雷達體積小、重量輕、結構緊湊，有利于天線的快速掃描，從而實現較高的數據率，實現目標識別快速響應。

（2）彈道導彈預警

彈道導彈目標進入飛行中段，火箭發動機停止工作，彈箭分離，彈頭紅外特征明顯降低，同時導彈釋放出許多干擾目標作為誘餌與真實彈頭并飛，提升了突防概率。地基雷達由于工作機理限制，無法對中段彈道導彈目標進行高精度跟蹤，若利用天基太赫茲雷達進行跟蹤，則可以大大拓展跟蹤范圍，同時跟蹤精度提高。太赫茲雷達對目標回波中微小的多普勒變化非常敏感，可獲取目標微動信息，從而提高彈頭的識別能力。

（3）導彈精確制導

導彈導引頭通過接收目標自輻射或反射的能量，形成控制命令并跟蹤目標，引導武器攻擊目標。與微波雷達相比，太赫茲雷達波束更窄、方向性更好，可以探測和跟蹤更小的目標，因而可以大幅度提高打擊精度。受制于大氣衰減，太赫茲雷達通常只能用作末制導。在實戰中，需要在常規制導方法進入近距離攻擊范圍時，采用無縫制導切換技術，近距離使用太赫茲波制導，實現高精度打擊目的。

（4）反隱身探測

相比于微波雷達，太赫茲雷達具有反隱身的能力。一方面，隱身飛行器的材料表面常見的一些微小凸起或者縫隙在太赫茲波段處于光學區，散射強度大，RCS可能會明顯增大；另一方面，在目前的技術條件下，隱形材料一般是針對微波頻段的雷達而設計，在太赫茲頻段難以發揮作用。因而可將太赫茲雷達和傳統微波雷達、光學傳感器相結合，搭建協同探測系統，通過各傳感器優勢互補，可實現對隱身飛機的探測、跟蹤、識別和打擊。

4 結語

近些年，太赫茲基礎器件水平的提升促進了太赫茲雷達的研究，并取得了一定的進展，但太赫茲雷達距離實際應用還有很長的路要走，相信隨著研究的深入，太赫茲雷達的研究必將取得突破性進展。