HRL实验室开发出CASA太赫兹雷达阵列

据休斯研究实验室（HRL）网站2018年1月2日报道，其已开发出一种新型高分辨率、低功耗雷达天线阵列（编码孔径副反射面阵列，CASA），这种扫描仪可在一定安全距离内探测隐藏在人体上的武器、爆炸装置等。CASA功耗低、可扩充、应用范围广泛，支持安检、机器人或自动驾驶等领域。

由于雷达发射的电磁波能够穿透烟雾和尘埃，因此CASA雷达阵列可在低能见度情况下探测移动的人或车辆，并有助于直升机导航，可穿透尘埃、雾霾、全天时对着陆区域进行高分辨率成像。这种编码孔径雷达技术对近距离成像十分有效，因此是安全距离内开展安检是理想选择。目前机场安检需要乘客通过扫描仪进行安全扫描，而CASA雷达阵列无需这一方式，适合于开放式场景的安检应用。

太赫兹孔径编码成像雷达系统组成示意图

CASA雷达阵列采用数字合成波束扫描来获取目标的高分辨率3D图像，雷达本身无需移动，通过数字化处理所收集到的目标反射波束的数据来实现成像。HRL微电子实验室的团队采用瓦片技术，以多个1平方英寸的射频瓦片来制造雷达天线阵列。这些瓦片使该阵列具有可扩充性，可根据特定任务扩充成所需尺寸。用户可在相对大的空间内添加更多瓦片，实现数千像素的高分辨率。另外CASA雷达阵列在制造中采用了单片集成技术，真正控制了成本。由于频率越高，雷达波束越窄，图像分辨率越高，因此CASA雷达阵列工作在极高频率上来获得高分辨率图像。为在如此高频率下工作，HRL实验室开发了包含1024个单元边长仅1英寸的雷达天线阵列。这些微型天线单元间隔，半波长的间距排列。

HRL实验室在微电子领域领先全球，通过将编码孔径雷达技术与氮化镓T4单片微波集成电路(MMIC)技术和3D集成技术实现了CASA雷达阵列。据HRL的研究员介绍，CASA的核心技术是HRL实验室的氮化镓T4单片微波集成电路技术。这些电路工作在极高频率（235GHz）上，因而允许将许多单元集成到极小的空间内，大大缩小了设备尺寸。在硬件方面，HRL实验室通过采用3D集成技术，实现了尺寸更小、功耗更低的电路。CASA设备功耗极低，每单元功耗仅约20毫瓦。

CASA研究背景

HRL实验室的CASA雷达阵列是在DARPA成像雷达先进扫描技术（Advanced Scanning Technology for Imaging Radars ，ASTIR)项目支持下进行研发。ASTIR项目的目标是不依靠平台或目标的运动来提供高分辨率3D成像，达到更优的识别和瞄准能力；甚至在没有平台或目标动动的情况下，获得速度高于10帧/秒聚焦良好的图像；以一个发射与接收链进行波束控制，降低系统的复杂度。

DARPA官方表示，ASTIR技术将采用一个发射与接收链以及电子副反射面设计来制造一种易于采购到的高成本效益传感器，这种传感器不像SAR或ISAR那样要求平台或目标运动。ASTIR概念将通过采用复合天线和电子副反射面来最小化系统的复杂度，电子副反射面将与确定雷达角分辨的较大主孔径联合工作。DARPA于2015年3月向诺思罗普•格鲁曼公司、HRL实验室及Vadum公司授予ASTIR项目合同，要求它们开发穿透敌方环境遮蔽（如雾、烟和大雨）提供目标高帧率3D成像，以及实现有效波束控制和雷达成像的先进雷达相关技术。

技术基础—太赫兹孔径编码成像

太赫兹孔径编码成像突破了雷达成像领域经典的层析原理和距离多普勒原理，不依赖雷达-目标相对运动即可实现高帧率和高分辨成像，把电磁波幅度、频率、相位、极化调制拓展到空间幅相调制，加深和拓展了人们对电磁波的认识、操控和利用，有望成为雷达成像领域继SAR/ISAR、MIMO雷达和微波关联成像之后的又一变革。

太赫兹孔径编码成像由于具有高分辨率、高帧率、前视凝视等诸多优势。在军事和民用领域应用有广泛前景。其应用前景主要包括：直升机平台战场侦察与警戒；单兵或车载平台目标搜索与瞄准；雷达导引头末制导和近炸引信；安检与反恐等。这些应用对分辨率要求在0.1~10cm之间，对实时性要求在100ms之内。尽管微波和毫米波能够通过合成孔径实现前视成像，但在分辨率、实时性、小型化等方面难以满足需求，在一定程度上体现了太赫兹孔径编码成像的不可替代性。