太赫茲戰場偵察雷達展望_風聞

戰場偵察雷達的主要功能是對低空直升機、地面運動目標和海面目標進行探測,發現定位目標,並對其進行分類識別，是奪取信息優勢的主要手段之一。目前，主流戰場偵察雷達工作在微波頻段(X以及更高頻段)，工作體制包括脈衝和連續波體制。通常採用動目標檢測技術，以便將活動目標信號從強烈的地物雜波中檢測出來。

JY-17戰場偵察雷達

現階段，戰場偵察雷達主要還是用於警戒、偵察敵方運動中的人員、車輛和坦克等目標，測定其方位、距離和活動路線，提供敵軍地面活動的情報，探測不到靜止目標。而且，戰場偵察雷達的目標分類與識別也是整個雷達目標識別領域的一個難點。因為戰場偵察雷達的分辨率一般比較低,目標的特徵信息有限,很難從中獲得反映目標本身屬性的信息。

為了解決現有戰場偵察雷達的缺陷，近年來，有研究者提出，將激光雷達應用於戰場偵察雷達領域。激光雷達在方位向和距離向可以具有極高分辨率(距離分辨率可達0.1m，角分辨率可達0.1mrad)，可以掃描獲得目標及背景環境的三維信息，便於進一步識別分析。不但可以檢測到運動目標，還可以對靜止目標成像。而且激光方向性好，難以被截獲干擾，激光雷達的體積重量也可以做的比微波雷達更小巧輕便。

但相對微波雷達，激光雷達最大的缺點在於受天氣影響較大，雨、雪、霧會導致探測距離大幅度下降。另外，煙霧、沙塵也會影響到激光雷達的探測距離。

太赫茲頻段相比可見光和紅外頻段，受天氣影響較小，雨雪雲霧和戰場煙塵穿透力強。相比微波頻段，可用頻率範圍超過整個微波雷達的頻率覆蓋，太赫茲雷達重量輕、體積小、具有寬頻帶、高分辨、高概率識別和抗干擾反隱身性能。

太赫茲戰場偵察雷達，如果繼續沿用現有微波戰場偵察雷達的體制，功能與性能提升有限，難以發揮出太赫茲頻段的優勢。因此，需要認真分析太赫茲頻段的優勢，實現現有微波戰場偵察雷達難以實現的功能，才能在市場上找到一席之地。

現在的微波戰場偵察雷達，幾乎都是2D雷達。這是因為在微波頻段實現3D雷達(也就是在距離和方位測量能力基礎上，增加測高功能)，會導致雷達體積、重量以及硬件成本上的大幅度提升。戰場偵察雷達對於其體積、重量以及成本有着嚴格限制，導致其不得不捨棄測高能力。

太赫茲戰場偵察雷達如果能夠成為3D雷達，那麼相對現有的微波戰場偵察雷達，功能與性能方面，將會實現飛躍，有望獲得目標三維輪廓信息，便於進一步識別分析。用户體驗與傳統雷達將截然不同，會類似於激光雷達。因此，有必要對其具體實現方式，展開研究。

現階段3D雷達實現測高功能的主流技術體制，是相控陣。但在太赫茲頻段實現相控陣體制，無論是技術難度還是成本都會比較高，因此不太適用於戰場偵察雷達領域。

三維全息成像是一種比較新穎的3D雷達體制。目前已經在人體安檢領域得到使用，可以看做一種近場SAR。目前處於技術領先的，是德國羅德施瓦茨的QPS200安檢儀。採用稀疏二維陣列，工作在77GHz，可以在不到20ms時間內，完成掃描，實現三維全息成像。

羅德施瓦茨QPS 200安檢儀與成像結果

稀疏二維陣列架構由於採用了合成孔徑成像原理，只需要約四分之一的天線面積，就可以實現實孔徑成像系統相同的方位向與高度向分辨率。

羅德施瓦茨提出的稀疏二維陣列架構採用的是口字型面陣，基於等效陣元均勻分佈，採用對稱佈局結構。2M個發射單元和2N個接收單元通過收發對組合，可以產生2M╳2N個邏輯等效陣元。

稀疏二維陣列等效示意圖

相比相控陣，稀疏二維陣列不需要採用移相器、波束合成網絡這些器件，硬件架構相對簡單，而且天線總孔徑可以更小，方便安裝。可以用相對較低的硬件成本和較為簡單的硬件架構，實現對周圍場景的三維全息成像，成像速度可以達到視頻級。

採用稀疏二維陣列的太赫茲戰場偵察雷達，可以獲取周邊的三維態勢信息。相比激光雷達，受天氣影響較小，雨雪雲霧和戰場煙塵穿透力強。相比微波雷達，除了能夠獲得3D高分辨率，由於太赫茲波在大氣中傳輸距離近，因此難以被遠距離探測到，因此安全性更好。

現階段，受限於於太赫茲器件，可以先在低頻段，如W波段開展原理樣機研究，實現數米至數十米距離內的成像探測。隨着器件技術的發展，頻率可以逐步提升，成像探測距離可以達到數百米甚至千米量級，滿足實際應用的需要。