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太赫茲雷達(dá) 彌補(bǔ)光的局限

中科院長(zhǎng)春光機(jī)所 ? 來(lái)源:cg ? 2018-12-27 16:07 ? 次閱讀

由中國(guó)航天科工二院23所研制的我國(guó)第一部太赫茲視頻合成孔徑雷達(dá)進(jìn)行了飛行試驗(yàn),并成功獲取國(guó)內(nèi)首組太赫茲視頻合成孔徑雷達(dá)影像成果。太赫茲雷達(dá)成像系統(tǒng)能彌補(bǔ)光學(xué)紅外、傳統(tǒng)雷達(dá)等對(duì)慢速動(dòng)目標(biāo)探測(cè)的不足,能大大提高合成孔徑雷達(dá)圖像可判讀性,為復(fù)雜環(huán)境下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)探測(cè)應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種主動(dòng)式的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng),可安裝在飛機(jī)、衛(wèi)星、宇宙飛船等飛行平臺(tái)上,全天時(shí)、全天候?qū)Φ貙?shí)施觀測(cè)。因此,SAR系統(tǒng)在災(zāi)害監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋監(jiān)測(cè)、資源勘查、農(nóng)作物估產(chǎn)、測(cè)繪等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),可發(fā)揮其他遙感手段難以發(fā)揮的作用,因此越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。

太赫茲波長(zhǎng)介于毫米波和紅外之間,相對(duì)傳統(tǒng)低波段的成像雷達(dá),太赫茲雷達(dá)成像系統(tǒng)的分辨率更高,成像時(shí)間更短,可實(shí)現(xiàn)類似光學(xué)攝像的視頻成像效果,尤其對(duì)地面慢速移動(dòng)類目標(biāo)的探測(cè)識(shí)別能力具有極大的提升。相對(duì)光學(xué)紅外成像系統(tǒng),太赫茲雷達(dá)成像系統(tǒng)具備更強(qiáng)的穿透能力,在煙塵、霧霾等環(huán)境下能夠正常對(duì)地面目標(biāo)成像,且不受日照條件的影響,可真正做到滿足任何時(shí)間的應(yīng)用需求,是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男麦w制雷達(dá)技術(shù)

背景資料:合成孔徑雷達(dá)與太赫茲技術(shù)

一般雷達(dá)在惡劣天氣下,必須多次成像才能采集到圖像,而合成孔徑雷達(dá)則是一種全天候高分辨率成像雷達(dá),它利用雷達(dá)與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)把尺寸較小的真實(shí)天線孔徑用數(shù)據(jù)處理的方法合成較大的等效天線孔徑。合成孔徑雷達(dá)分為非聚焦合成孔徑雷達(dá)和全聚焦合成孔徑雷達(dá)兩類。合成孔徑雷達(dá)全天候工作性能十分優(yōu)秀,能夠晝夜工作并且能夠穿透塵埃、煙霧和其它一些障礙,還具備更遠(yuǎn)距離的工作能力,并且分辨率不會(huì)隨著距離的增加而降低。合成孔徑雷達(dá)能夠在一定程度上穿透掩蓋物,識(shí)別偽裝和隱蔽目標(biāo)。

合成孔徑雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛,可為地質(zhì)工作者提供地形構(gòu)造信息,為環(huán)境監(jiān)測(cè)人員提供油汽和水文信息,為導(dǎo)航人員提供海洋狀況分布圖,為軍事作戰(zhàn)提供偵察和目標(biāo)探測(cè)信息等。此外,合成孔徑雷達(dá)還可用于太空探測(cè),如探測(cè)月球、金星等行星的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。先進(jìn)國(guó)家軍隊(duì),特別是美軍已將合成孔徑雷達(dá)廣泛裝備在軍用飛機(jī)上,如U-2和SR-71偵察機(jī)、F-15戰(zhàn)斗機(jī)、B-2轟炸機(jī)等。我國(guó)的合成孔徑雷達(dá)研制工作從20世紀(jì)70年代中期開(kāi)始起步,目前已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段,在國(guó)土測(cè)繪,資源普查、城市規(guī)劃、重點(diǎn)工程選址、搶險(xiǎn)救災(zāi)等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

太赫茲波是指頻率介于0.1-10THz之間的電磁波,其波長(zhǎng)范圍為 0.03-3 mm。太赫茲波在電磁波譜中的位置位于微波和紅外輻射之間,故對(duì)其研究手段由電子學(xué)理論逐漸過(guò)渡為光子學(xué)理論。

由于太赫茲波在電磁波譜中所處的特殊位置,因而其具有許多優(yōu)越的性質(zhì),從而在天文、生物、化學(xué)等領(lǐng)域有著非常重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。尤其在軍事和安全領(lǐng)域,太赫茲技術(shù)更是有著廣闊的應(yīng)用前景。太赫茲技術(shù)因得到了各國(guó)政府和研究機(jī)構(gòu)的高度重視,成為了當(dāng)前國(guó)防和反恐中的重點(diǎn)研究項(xiàng)目。

太赫茲雷達(dá)工作在太赫茲波段,與傳統(tǒng)微波雷達(dá)相比具有一系列獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。首先,太赫茲雷達(dá)的波長(zhǎng)更短,可以對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)高精度成像。太赫茲雷達(dá)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多普勒頻移較大,對(duì)于緩慢移動(dòng)物體的識(shí)別更有優(yōu)勢(shì)。2008年,美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室成功研制了工作頻率為 0.58THz 的三維成像探測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)的分辨能力可達(dá)到亞厘米級(jí)。其次,太赫茲雷達(dá)具有反隱身特性。用吸波材料做成的隱形目標(biāo)只能在一個(gè)很窄的波段有隱形效果,而太赫茲頻段具有很寬的帶寬,吸波材料對(duì)隱形波段之外的電磁波沒(méi)有吸波效果,有利于對(duì)隱身目標(biāo)的探測(cè)。第三,太赫茲雷達(dá)對(duì)大多數(shù)非金屬材料具有透視性,可以探測(cè)到敵方隱蔽的武器、偽裝埋伏的武裝人員,以及煙霧、沙塵中的軍事裝備。

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原文標(biāo)題:國(guó)內(nèi)首款太赫茲視頻合成孔徑雷達(dá)研制成功

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