據(jù)休斯研究實驗室（HRL）網(wǎng)站2018年1月2日報道，其已開發(fā)出一種新型高分辨率、低功耗雷達(dá)天線陣列（編碼孔徑副反射面陣列，CASA），這種掃描儀可在一定安全距離內(nèi)探測隱藏在人體上的武器、爆炸裝置等。CASA功耗低、可擴(kuò)充、應(yīng)用范圍廣泛，支持安檢、機(jī)器人或自動駕駛等領(lǐng)域。

由于雷達(dá)發(fā)射的電磁波能夠穿透煙霧和塵埃，因此CASA雷達(dá)陣列可在低能見度情況下探測移動的人或車輛，并有助于直升機(jī)導(dǎo)航，可穿透塵埃、霧霾、全天時對著陸區(qū)域進(jìn)行高分辨率成像。這種編碼孔徑雷達(dá)技術(shù)對近距離成像十分有效，因此是安全距離內(nèi)開展安檢是理想選擇。目前機(jī)場安檢需要乘客通過掃描儀進(jìn)行安全掃描，而CASA雷達(dá)陣列無需這一方式，適合于開放式場景的安檢應(yīng)用。

太赫茲孔徑編碼成像雷達(dá)系統(tǒng)組成示意圖

CASA雷達(dá)陣列采用數(shù)字合成波束掃描來獲取目標(biāo)的高分辨率3D圖像，雷達(dá)本身無需移動，通過數(shù)字化處理所收集到的目標(biāo)反射波束的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)成像。HRL微電子實驗室的團(tuán)隊采用瓦片技術(shù)，以多個1平方英寸的射頻瓦片來制造雷達(dá)天線陣列。這些瓦片使該陣列具有可擴(kuò)充性，可根據(jù)特定任務(wù)擴(kuò)充成所需尺寸。用戶可在相對大的空間內(nèi)添加更多瓦片，實現(xiàn)數(shù)千像素的高分辨率。另外CASA雷達(dá)陣列在制造中采用了單片集成技術(shù)，真正控制了成本。由于頻率越高，雷達(dá)波束越窄，圖像分辨率越高，因此CASA雷達(dá)陣列工作在極高頻率上來獲得高分辨率圖像。為在如此高頻率下工作，HRL實驗室開發(fā)了包含1024個單元邊長僅1英寸的雷達(dá)天線陣列。這些微型天線單元間隔，半波長的間距排列。

HRL實驗室在微電子領(lǐng)域領(lǐng)先全球，通過將編碼孔徑雷達(dá)技術(shù)與氮化鎵T4單片微波集成電路(MMIC)技術(shù)和3D集成技術(shù)實現(xiàn)了CASA雷達(dá)陣列。據(jù)HRL的研究員介紹，CASA的核心技術(shù)是HRL實驗室的氮化鎵T4單片微波集成電路技術(shù)。這些電路工作在極高頻率（235GHz）上，因而允許將許多單元集成到極小的空間內(nèi)，大大縮小了設(shè)備尺寸。在硬件方面，HRL實驗室通過采用3D集成技術(shù)，實現(xiàn)了尺寸更小、功耗更低的電路。CASA設(shè)備功耗極低，每單元功耗僅約20毫瓦。

CASA研究背景

HRL實驗室的CASA雷達(dá)陣列是在DARPA成像雷達(dá)先進(jìn)掃描技術(shù)（Advanced Scanning Technology for Imaging Radars ，ASTIR)項目支持下進(jìn)行研發(fā)。ASTIR項目的目標(biāo)是不依靠平臺或目標(biāo)的運(yùn)動來提供高分辨率3D成像，達(dá)到更優(yōu)的識別和瞄準(zhǔn)能力；甚至在沒有平臺或目標(biāo)動動的情況下，獲得速度高于10幀/秒聚焦良好的圖像；以一個發(fā)射與接收鏈進(jìn)行波束控制，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。

DARPA官方表示，ASTIR技術(shù)將采用一個發(fā)射與接收鏈以及電子副反射面設(shè)計來制造一種易于采購到的高成本效益?zhèn)鞲衅鳎@種傳感器不像SAR或ISAR那樣要求平臺或目標(biāo)運(yùn)動。ASTIR概念將通過采用復(fù)合天線和電子副反射面來最小化系統(tǒng)的復(fù)雜度，電子副反射面將與確定雷達(dá)角分辨的較大主孔徑聯(lián)合工作。DARPA于2015年3月向諾思羅普•格魯曼公司、HRL實驗室及Vadum公司授予ASTIR項目合同，要求它們開發(fā)穿透敵方環(huán)境遮蔽（如霧、煙和大雨）提供目標(biāo)高幀率3D成像，以及實現(xiàn)有效波束控制和雷達(dá)成像的先進(jìn)雷達(dá)相關(guān)技術(shù)。

技術(shù)基礎(chǔ)—太赫茲孔徑編碼成像

太赫茲孔徑編碼成像突破了雷達(dá)成像領(lǐng)域經(jīng)典的層析原理和距離多普勒原理，不依賴?yán)走_(dá)-目標(biāo)相對運(yùn)動即可實現(xiàn)高幀率和高分辨成像，把電磁波幅度、頻率、相位、極化調(diào)制拓展到空間幅相調(diào)制，加深和拓展了人們對電磁波的認(rèn)識、操控和利用，有望成為雷達(dá)成像領(lǐng)域繼SAR/ISAR、MIMO雷達(dá)和微波關(guān)聯(lián)成像之后的又一變革。

太赫茲孔徑編碼成像由于具有高分辨率、高幀率、前視凝視等諸多優(yōu)勢。在軍事和民用領(lǐng)域應(yīng)用有廣泛前景。其應(yīng)用前景主要包括：直升機(jī)平臺戰(zhàn)場偵察與警戒；單兵或車載平臺目標(biāo)搜索與瞄準(zhǔn)；雷達(dá)導(dǎo)引頭末制導(dǎo)和近炸引信；安檢與反恐等。這些應(yīng)用對分辨率要求在0.1~10cm之間，對實時性要求在100ms之內(nèi)。盡管微波和毫米波能夠通過合成孔徑實現(xiàn)前視成像，但在分辨率、實時性、小型化等方面難以滿足需求，在一定程度上體現(xiàn)了太赫茲孔徑編碼成像的不可替代性。