5.2 安檢反恐應用
近年來，國際國內反恐維穩形式呈現出襲擊領域多、危害程度大、影響范圍廣的復雜態勢，在公共安全場所對人員進行安檢是預防公共安全事件最有效手段之一。目前以美國L3系統為代表的毫米波成像儀成熟度高且已部署應用，但機械掃描時需要人體靜止駐留耗時略長，且陣元數目多、成本較高。太赫茲雷達具有分辨高、成像幀率高、器件小集成度高等特點，通過與被動焦平面、準光掃描、孔徑合成、編碼孔徑等技術結合實現對無駐留人體的高精度實時成像，大幅提升安檢效率，應對易聚集且不愿配合安檢的群體，具有廣闊應用前景。目前以TeraSCREEN為代表的太赫茲安檢雷達正在驗證測試，處于應用的前夜。
5.3 車輛防撞應用
車輛防撞報警可在自車與前車或障礙物之間存在潛在碰撞危險時，提醒駕駛員避免危險事故。相比于24 GHz和77 GHz的毫米波防撞報警雷達[95–99]，太赫茲雷達在分辨率和小型化上更具優勢。2015年英國伯明翰大學研制了太赫茲車輛防撞雷達，采用FMCW信號，中心頻率150 GHz，帶寬6 GHz，掃描成像的分辨率達3 cm×38 cm，在成本、陣列、射頻干擾等問題解決后有望成為汽車主動安全和無人駕駛的傳感利器(圖21)。
 | 圖 21 英國伯明翰大學實驗系統及結果Fig.21 The experimental system and result of University of Birmingham |
5.4 氣象測云應用
天基太赫茲雷達可用于氣象測云以支持暴雨臺風等預警。相比于毫米波雷達，太赫茲雷達可更準確地提供云粒子特性，同時星載平臺避免了太赫茲波近地面大氣衰減嚴重問題，云遙感雷達正從94 GHz向200 GHz以上頻段發展。事實上自1989年以來，215/200/225 GHz雷達即被用來對薄云、粒子、降雪過程進行監測研究。北京理工大學對云粒子散射特性進行了研究并設計研制了太赫茲測云雷達系統[100]。太赫茲云遙感雷達目前尚需突破大功率太赫茲源、高增益反射面天線、氣象目標全極化信息獲取、云粒子特性與氣象參數反演等關鍵技術。
5.5 生物醫學應用
利用微多普勒敏感優勢，太赫茲雷達在在非接觸式生命信號監測方面也具有非常廣闊的前景，可以避免接觸式檢測設備的局限性，實現對大面積燒燙傷病人、嬰幼兒、防區監控范圍內的流動人群呼吸和心跳進行監控，排查安全隱患；在軍事上可以對遠距離地面戰場的士兵心跳呼吸進行監控，使指揮中心及時掌握戰場傷亡情況從而為下一步作戰計劃提供參考。目前120 GHz、228 GHz太赫茲生命信號監測雷達已經問世并在進行室內實驗。
6 發展展望
太赫茲雷達擁有近30年的歷史，近10年來伴隨著新一輪科技革命的浪潮發展尤為迅猛，基礎器件日趨進步，功率性能穩步提升，體制架構逐漸清晰，工作模式豐富多樣，創新應用不斷涌現。但是，太赫茲雷達畢竟處于發展上升期，仍有諸多基礎性科學與工程問題需要攻克，重點在以下幾個方面取得突破：
(1) 大功率高靈敏度相參太赫茲雷達
為加快太赫茲雷達在末制導、反隱身、反導攔截、一體化偵察打擊等領域的應用，需重點發展120～340 GHz頻段基礎器件，一方面需要繼續增加發射功率，研究固態合成功率放大器和電真空放大器。設計基于CMOS和InP工藝的太赫茲固態放大芯片，通過多路徑向功率合成獲得較大輸出功率并綜合考慮成本、散熱、效率選擇合成路數，功率從毫瓦量級提高到百毫瓦量級。在此基礎上驅動以行波管為代表的大功率寬帶電真空放大器技術研究，研制適用于太赫茲雷達的大功率緊湊型行波管放大器，峰值功率從瓦級提高到數十瓦量級。
另一方面，需要繼續提高接收鏈路靈敏度。加強低噪聲放大器、超導混頻器研制。低噪聲放大器噪聲系數優于7 dB，超導混頻器噪聲溫度優于50 K，以滿足探測應用原理驗證。
此外，還需設計低損耗高隔離度準光環形器及和差網絡、高精度大口徑反射面天線, 與固態倍頻混頻鏈路、放大器結合形成面向偵察打擊的近程太赫茲雷達和面向空間目標預警探測等應用的中遠程太赫茲雷達。
(2) 全尺寸目標RCS縮比測量太赫茲雷達
縮比測量可節約測量成本，提高測量效率。若利用1 THz對目標在X波段的RCS進行縮比測量，則縮比系數可達100。微波頻段大型目標RCS的縮比測量一般落在太赫茲低頻段，太赫茲低頻段大型目標RCS的縮比測量一般落在太赫茲高頻段。為此，需要突破基于電子學方式的低頻段測量技術(≤0.7 T)和基于光學方式的高頻段測量技術(>0.7 T)，分別掌握微波倍頻源和遠紅外激光器/QCL測量系統關鍵技術，突破緊縮場技術、頻率與相位穩定控制技術、光束整形與大口徑擴束系統設計、介質目標縮比規律等。
(3) 新材料器件驅動的新體制太赫茲雷達
經典的雷達體制發展有以下3個特點：通過相控陣技術實現了靈活的調幅、調頻、調相；通過高速采集實現了中頻/射頻信號直采，前端簡化，雷達呈現軟件化和數字化特點；通過波形、模式等思維“軟”創新，發展形成ISAR、SAR、MIMO雷達、智能化認知雷達、關聯成像雷達等新的體制。經典的雷達體制發展模式正向縱深方向發展，但體制的進一步創新已面臨瓶頸。21世紀以來，以超材料、石墨烯、憶阻器等為代表的新材料新器件層出不窮，將可能為雷達系統體制帶來深刻變革，雷達體制的發展正從“軟”驅動到“硬”驅動轉變，越來越多地依賴新材料和新器件，材料器件種類決定了雷達體制和相應功能，這是一個值得關注的重要趨勢。太赫茲雷達也不例外。
因此，應密切關注可編程超材料和液晶天線、頻率掃描天線、等離子體天線、石墨烯功能材料等極有可能改變雷達體制架構的新材料新器件發展，驅動形成太赫茲孔徑編碼雷達、太赫茲光子學雷達等新體制太赫茲雷達。
(4) 集成陣列與片上雷達
通過高度集成實現陣列化與片上化是太赫茲雷達另一個重要發展方向。太赫茲頻段雷達陣列由于難以實現相控陣，一般采用一發多收或快速開關切換多發多收方式。例如2015年美國JPL研制成功340 GHz集成收發陣列具有同置的8路收發通道，通過立體封裝尺寸僅3 cm×9.6 cm。突破稀疏MIMO線陣面陣設計、片上MIMO雷達設計、波束形成、數字饋源陣單脈沖測角、陣列-合成孔徑一體化成像等技術，推動其在無人機及其集群、可穿戴設備、小衛星等平臺上的應用。
此外，發展具有測距和3維實時成像能力的太赫茲相干焦平面雷達、2～5 THz瓦級小型緊湊QCL雷達等對于安檢、末制導等應用也具有重要價值，不再贅述。
總之，太赫茲雷達作為一項基于光電交叉學科的新興技術有著重要的學術和應用價值，盡管取得了很多重要的成果但仍不夠成熟，需要國內外同行進一步深入研究，充分利用這一頻段資源，填補微波與紅外之間的空白，最終推動雷達學科發展并促進其在軍民領域的重要應用。
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