张岩,用太赫兹技术加强安检
基于太赫兹光谱技术的TNT炸药检测试验研究
基于太赫兹光谱技术的TNT炸药检测试验研究刘晓东;祁乐融;张志杰;王高【摘要】利用TAS7500SP光谱仪和太赫兹时域光谱技术研究了2,4,6三硝基甲苯(TNT)在0.1～5 THz频率范围的光谱性质,得到了其指纹谱信息,对获得的光谱进行优化并提取了特征峰值.实验表明,所得结果与国内外其他机构测量的该炸药的吸收谱、频域谱、时域谱线走势和吸收峰位置基本一致,并且首次测得该炸药在该频段的吸收系数、反射率、反射谱、透射比、透射光谱,丰富和补充了该炸药在太赫兹波段的光谱数据.【期刊名称】《中北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(037)004【总页数】6页(P425-429,435)【关键词】TNT;太赫兹光谱;反射;透射【作者】刘晓东;祁乐融;张志杰;王高【作者单位】中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TN247近年来对爆炸物的探测和探测技术的发展革新日益成为安保工作的重点. 目前常见的爆炸物探测技术主要有以X射线成像技术、毫米波成像技术、微波成像技术、太赫兹成像技术为代表的成像技术[1]和以中子技术、核四极矩技术为代表的核技术[2-3]，其中X射线成像是目前最常见的探测技术. X射线成像技术[4]通过投射X射线能量收集图像数据，成像结果反映了目标物对X射线的吸收程度，显示出投影图形，缺点是提供的探测信息较少，在图像中很难分辨出与X射线没有强相互作用的一个个独立物体，且存在侵犯他人隐私和放射安全性等问题. 与微波、红外光不同的是，毫米波对各种绝缘材料都有良好的穿透性. 当物体表面产生的温度比绝对零度大时，它就会向外辐射出一定的能量，并且这种能量的大小与物体的性能和温度有关. 毫米波成像技术[5]通过检测不同能量辐射体辐射的毫米波能量可以显示出藏匿在衣物下的手枪、炸弹和毒品等，但是也存在侵犯他人隐私以及辐射安全性问题. 微波成像采用微型雷达发射微波脉冲，根据反波成像，这是一种主动式探测方法，不用辐射体进行辐射. 微波是一种可以穿透空气、雾和一些电介质的穿透能力很强的波，它甚至可以穿透人的身体，可检测出藏匿在人体内的物品(如爆炸物和毒品等). 中子探测技术[6-7]利用中子脉冲束和N， O， C， H 原子核发生相互作用发射出特征射线来确定物品中上述元素的含量和空间分布图. 四极矩共振频率[8-9]具有唯一性，不同的物质有不同的四极矩共振频率谱，在这些频率谱中含氮分子的共振频率不同，可以将其视为该分子的“指纹”[10]. 核四极矩技术使用的是低强度(低功率)调谐无线电脉冲，这些脉冲是用来增强爆炸物中来自氮元素所产生的信号，进一步探测出所测物质的分子结构. 这种检测方法的准确度高，但目前可检测的爆炸物种类较少且金属屏蔽会使该方法失效. 以上传统方法存在各自缺点，然而太赫兹波[11]穿透性好，能量低，这使得它在爆炸物的探测中有广阔的应用前景.太赫兹时间分辨测量技术是同步相干探测，对热背景噪声不敏感，具有很高的信噪比[12-17]，这样就有许多爆炸性物质的一些特性，比如分子的振动和转动能级谱处在太赫兹波段[18]，随后通过测量爆炸物的特征光谱可以很容易地识别爆炸物. 近年来，太赫兹光谱技术不断被用来检测人体携带的隐蔽爆炸物，用THz-TDS技术对爆炸物进行的研究也在不断深入[19-23]. 圣地亚国家实验室探测在0.05～2.7 THz频段范围内2,4-DNT的气态THz吸收谱；中国首都师范大学探测了RDX， HMX， PETN在多种湿度下处于0.2～2.5 THz频段内的太赫兹光谱，并采用THz-TDS法对爆炸物爆炸物的吸收谱进行探测，探测了RDX， TNT，DNT的吸收谱，同时以RDX为主要成分的8701， R852， R791， PW30在0.2～2.5 THz频段内的THz吸收谱也在探测中[24]. 本文设计了太赫兹光谱检测系统对TNT炸药进行检测.光谱测量使用的太赫兹波可表示成各个频率分量的线性叠加，每个频率分量可表示为式中：和分别表示样品的两个界面的太赫兹电场透过率. 样品通过太赫兹波后，样品通过太赫兹波后，其衰减程度表示吸收率. 样品不同，其吸收率不同. 还有基于电场和功率的吸收率. 在通过太赫兹波检测炸药中的吸收谱测量中，样品的吸收率可表示为式中：I0是初始的太赫兹波功率; Is是经过样品后太赫兹波功率; m是太赫兹波经过的样品质量; α是基于单位质量的吸收率[25].本文采用爱德万公司的TAS7500SP进行光谱测量. 与传统光谱仪相比，TAS7500SP太赫兹光谱成像系统的处理速度快、集成度高、稳定性好. 其频率范围0.03～7 THz，动态范围≥60dB，扫描速度达8 ms/次，工作温度范围10～30 ℃，外形尺寸500×490×410 mm，便于移动，可在绝大多数室内温度下工作. 仪器采用的是太赫兹时域光谱技术，这是一种在飞秒超快激光技术上的远红外波段光谱测量技术，它通过利用物质吸收太赫兹波，从而引起低频运动来获得材料的特征谱线. 典型的太赫兹时域光谱系统[26] 如图 1 所示，由飞秒激光器(fs laser)、太赫兹发射极(InAs作为发射晶体)、太赫兹波探测极(ZnTe作为探测晶体)及时间延迟系统(光学透镜组成的delay line)组成. 飞秒激光器可以产生光脉冲，并且光脉冲可以被分束镜分为两种光源，分别为泵浦和探测光源. 泵浦脉冲可以通过可变的光学延迟线入射到太赫兹发射晶体InAs表面，产生激光斑点. 飞秒激光脉冲激发InAs晶体，使其表面耗尽层载流子发生跃迁，产生THz脉冲，然后被被离轴抛物面镜PM4聚焦到ZnTe晶体上. 探测光经过多次反射后通过偏振片P，之后由硅片将其反射到探测晶体上，与太赫兹脉冲聚焦在晶体上相同的位置. 太赫兹脉冲电场使脉冲偏振态发生改变，然后用电光晶体探测可知太赫兹脉冲电场的大小和变化. 当探测脉冲的偏振态发生改变，经过1/4波片QWP，调节起始测量的平衡点，差分探测器可测量到被偏振分束镜PBS分成的两偏振分量的强度差，经一个双眼光电探头连接到锁相放大器上放大，最后计算机进行数据采集和分析得到时域光谱. TAS7500SP系统内建有干燥空气单元，减少空气中水分对太赫兹波的吸收，提高了准确性.2.1 样品被测爆炸物为梯恩梯(2,4,6-Trinitrotoluene， TNT)，其分子式为C6H2CH3(NO2)3，即2,4,6-三硝基甲苯. 这是一种黄色粉末状的烈性炸药，可水下爆破，难溶于水、乙醇、乙醚，易溶于氯仿、苯、甲苯、丙酮，常用来做起爆药. 将其粉末制成直径为10 mm，厚度为4.13 mm的圆盘状压片进行检测，分析其光谱特性.2.2 实验结果在室温23 ℃的条件下，利用TAS7500SP太赫兹光谱系统得到了测试结果. 图 2 所示为透过4.13 mm厚的2,4,6-TNT粉末压片的时域光谱. 图中给出了0～130ps的波形，可以看出在17～20 ps, 62～65 ps之间存在脉冲的峰值， 20～60ps和65 ps之后均为强度在0附近的振荡. 造成太赫兹脉冲尾部振荡的原因有很多，不仅电光取样过程中相位匹配造成的频率过滤会造成太赫兹脉冲尾部振荡，而且电光晶体对太赫兹脉冲的色散吸收也会造成太赫兹脉冲尾部振荡. 另外，残留在空气中的水蒸气对太赫兹波的吸收也会导致太赫兹脉冲的振荡. 太赫兹脉冲的晶体探测材料中存在较强的TO声子共振，与TO声子共振频率接近的太赫兹脉冲会作为分散的声子激化极元传播.炸药的太赫兹频域谱可由其时域谱经过快速傅立叶变换(FFT)得到. 图 3 是TNT的太赫兹频域谱，可得TNT的共振吸收峰值.TNT的吸收系数如图 4 所示. 利用软件对光谱进行特征峰提取，可知在0～5 THz 的频谱范围内， TNT在4.547 12, 4.638 67, 4.882 81 THz处有显著的特征吸收尖峰. 由图 5 可知， TNT反射光谱在0.251 77,0.427 25,0.633 24,1.41907,1.663 21 THz处存在峰值. 反射率在4.585 27 THz 处存在明显峰值. 由图 6 可知， TNT透射光谱在0.480 65 THz处有明显峰值，透射在4.013 06, 4.203 8, 4.257 2, 4.348 75, 4.432 68, 4.585 27, 4.844 67 THz处有显著峰值. 这些特征峰值可作为TNT炸药的指纹谱，在实际的安检过程中可使用太赫兹光谱识别，从而实现对TNT的探测. 表 1 为TNT实验测得的吸收峰和文献记载峰位，可以看出实验测得的吸收峰位置与文献记载峰位基本吻合且丰富了TNT在低频太赫兹区域的光谱特性.本文对TNT的太赫兹光谱进行了探测，得到了其在0.1～5 THz波段的时域光谱、频域谱、吸收系数、反射谱、反射率、透射比、透射光谱. 用Origin软件对光谱进行了寻峰操作，找出了TNT炸药的指纹位置. TNT炸药在太赫兹波段独特的吸收性体现了太赫兹光谱技术在爆炸物探测和识别方面重要的应用价值，同时也丰富了爆炸物的太赫兹光谱指纹库.。
利用太赫兹反射式时域光谱系统测量有机溶剂的光学参数
法 ，算 出正己烷 、液状石蜡 、无水酒精 和水 的光学参数 ，并 与透射式 的实验结果 和文献数据进行 比较 ， 验证算 法的正确
性。
称 ＴＨｚＴ ） － ＤＳ 技术是 ２ ｏ世纪末 发展 起来 的一 门新 的光谱 技
术 ，可以作为红外光谱技术 和 ｘ射线技术 的有益补 充 ，广泛 地应 用在 生 物 医学Ｄ２、航 空航 天【 ］ ， ３ ３ 、国土 安全 ＿ 等领 域 一 ５
但是 同样存在许多对太赫兹波 的吸收十分强烈 的物质 ，如果 仍 然使 刖尢赫兹透射式 时域光谱 系统测 量 的话 ， 需要 制备很
薄 的样 品 ， 给 加 工 样 品 带来 了很 大 的 难 度 ，因 此 太 赫 兹 反 这
射式 时域 光谱系统对于准确测量这些物 质的光学参数十分必 要 。近年来 ，利用太赫兹反射式 系统测量样 品 的工作ｌ ］ 】 有 所增加 ， 但是提取样 品光 学参数 的算 法还不 成熟 。本 工作根
Ｍ
Ｈ ｇ １ Ｓ ｈ ｍａ ｉ ｉｇ ａ ｆｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｓ ｔ ｐ ． ｃ ｅ ｔｃｄ ａ ｒ ｍ ｏ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅｕ
ｌ７ ２
光 谱学 与光谱分 析
第 ３ 卷 ２
太 赫 兹 波 再次被 铝 镜 反 射 ， 面 镜 聚 焦 ，通 过 硅 片 与 探 测 光 抛
刘 畅 ， 岳凌月 ， 王新柯 ， 孙文峰 ， 张 岩
首都师范火学物理系 ， 太赫兹波谱 与成像北京市重点实验室 ，太赫兹光电子学教育部 重点实验室 ，北京 １０ ４ ００８
摘
要
采 用 太 赫 兹 反射 式 时 域 光 谱 系 统 ，测 量 了包 括 正 己烷 、液状 石 蜡 、 水 酒 精 和 水 在 内 的 四种 有 机 溶 无
太赫兹小神吹的工作原理
太赫兹小神吹的工作原理1. 什么是太赫兹小神吹？嘿，朋友们！今天咱们聊聊一个很酷的东西——太赫兹小神吹。
听起来像个科幻电影里的角色，其实它是一种新兴的技术，主要用来研究和应用太赫兹波。
太赫兹波呢，简单来说，就是介于微波和红外线之间的一种电磁波。
这家伙可不简单哦，能穿透很多材料，比如纸张、衣物，甚至是一些塑料，应用范围广得很！太赫兹波的频率在0.1到10太赫兹之间（别问我具体是啥，反正就是快得让你眩晕）。
用太赫兹小神吹，咱们可以实现很多以前想都不敢想的事情，比如无损检测、医疗成像，甚至可以用来研究一些复杂的物质结构。
这可真是个神奇的东西，听起来就像是魔法一样，是不是？2. 太赫兹小神吹的工作原理2.1 原理简介那这小神吹到底是怎么工作的呢？别急，咱们慢慢来。
太赫兹小神吹主要是通过产生、放大和探测太赫兹波来实现各种功能的。
首先，它需要一个源头，这个源头负责发出太赫兹波。
这个源头一般是用一些特定的材料，比如半导体，来实现的。
想象一下，一块超级炫酷的半导体，它在电流的作用下开始振动，然后就像是打了个喷嚏一样，噗的一声，太赫兹波就出来了。
接下来，咱们需要一个接收器。
这个接收器就像是一个高灵敏度的耳朵，专门用来捕捉这些微弱的太赫兹波。
它将接收到的波信号转换成电信号，咱们才能听到这段“音乐”。
整个过程就像是你在听一场乐队的演出，乐器在那儿欢快地演奏，而你则是在台下欣赏。
2.2 应用实例太赫兹小神吹的应用可不止这些哦！它在医疗领域表现得特别抢眼。
比如，在某些医院里，医生可以利用太赫兹波来检测皮肤癌。
你没听错，医生只需要用太赫兹小神吹轻轻一吹，便能看到病变的细胞，省去了传统方法的麻烦，简直是妙不可言！这就像是给人装上了“透视眼”，让医生们能更加精准地做出判断。
再者，在工业领域，太赫兹小神吹也发挥了大作用。
比如在生产线上，咱们可以用它来检测产品的质量。
想象一下，产品在流水线上晃动，而太赫兹小神吹在一旁严肃地盯着，确保每一个产品都能符合标准。
基于太赫兹440GHz系统目标RCS的高精确度测量
第17卷 第2期 太赫兹科学与电子信息学报Vo1．17，No．2 2019年4月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Apr．，2019 文章编号：2095-4980(2019)02-0200-05基于太赫兹440 GHz系统目标RCS的高精确度测量赵珊珊，曾旸，杨琪，李彦鹏，秦玉亮，王宏强(国防科技大学电子科学学院，湖南长沙 410073)摘 要：雷达散射截面积(RCS)是衡量目标对雷达波散射能力的一个重要物理量，在目标识别和成像中有重要作用。
为解决太赫兹频段目标RCS测量精确度不高的问题，基于440 GHz的太赫兹目标RCS测量系统，提出一种新的校准方式并采用软件距离门等技术提高目标RCS的测量精确度。
随后，对不同粗糙度的圆柱体进行测量得到其RCS测量结果，与理论值比较分析发现，采用新的处理技术使测量结果达到了较高的精确水平，可用于复杂目标RCS的测量和缩比规律的研究。
关键词：太赫兹；雷达散射截面积；校准；软件距离门；误差分析中图分类号：TN957.51文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA201902.0200High-precision RCS measurement based on 440 GHz terahertz systemZHAO Shanshan，ZENG Yang，YANG Qi，LI Yanpeng，QIN Yuliang，WANG Hongqiang (School of Electronic Science and Technology，National University of Defense Technology，Changsha Hunan 410073，China)Abstract：The Radar Cross Section(RCS) is an important physical quantity for measuring the target's ability to scatter radar waves. It plays an important role in target recognition and imaging. A newcalibration method is proposed and software distance gate technology is utilized to improve themeasurement accuracy of the target RCS based on the 440 GHz terahertz target RCS measurement system.The cylinders with different roughness are measured to obtain the RCS measurement paredwith the theoretical values, it is found that using the new processing technology can achieve a high level ofaccuracy, which can be applied to measure RCS of complex targets and study the law of scaling.Keywords：terahertz；Radar Cross Section；calibration；software gate；error analysis近年来，随着太赫兹波的产生、探测、传输等技术的发展，相应的太赫兹理论与技术也日趋成熟，太赫兹频段已越来越成为电磁领域的研究热点[1]。
飞秒激光触发光电导天线产生太赫兹波的研究
飞秒激光触发光电导天线产生太赫兹波的研究今天要一起走进一个超级神奇的科学世界，去探索飞秒激光触发光电导天线是怎么产生太赫兹波的。
这就像是一场奇妙的魔法之旅，充满了惊喜和乐趣，快跟着我一起来！你知道吗？激光就像是一束超级厉害的光，它的能量可大！飞秒激光，就更特别，它在极短极短的时间里就能释放出巨大的能量，短到什么程度？就好像眨一下眼睛的时间，飞秒激光已经完成了好多好多的工作！想象一下，它就像一个超级快速的小魔法师，瞬间就能施展强大的魔法。
那光电导天线又是什么？它，就像是一个小小的信号接收和发送站。
它可以接收光的信号，然后再把这些信号变成其他的东西。
这就好比你家里的电视天线，能接收到电视台发出的信号，然后把好看的节目呈现在电视屏幕上一样，光电导天线也有它独特的“工作”。
当飞秒激光这个小魔法师碰到光电导天线这个“信号站”的时候，奇妙的事情就发生！就好像两个好朋友手拉手，一起创造出了一种全新的东西——太赫兹波。
太赫兹波，它在我们的生活中也有很多用处。
比如说，在医院里，医生可以用它来检查我们的身体，看看身体里面有没有小毛病，就像给我们的身体做一次全面的“扫描”一样。
再比如说，在安检的时候，太赫兹波可以帮助工作人员快速地检查行李里面有没有危险物品，就像有一双神奇的眼睛，能看穿行李里面藏了什么。
那飞秒激光触发光电导天线产生太赫兹波的过程到底是怎么样的？来想象一下，飞秒激光就像一群充满活力的小精灵，它们快速地冲向光电导天线。
当这些小精灵碰到光电导天线的时候，就像给天线注入了一股神奇的力量。
光电导天线受到这股力量的影响，就开始“工作”，它把这些能量转化成了太赫兹波，就好像把小精灵们的魔法力量变成了一种新的神奇信号，然后太赫兹波就诞生！科学的世界是不是超级有趣？飞秒激光触发光电导天线产生太赫兹波就像是一场奇妙的魔法表演，每一个环节都充满了惊喜和奥秘。
以后，还要继续探索更多的科学秘密，说不定你也能成为一个了不起的小科学家！。
太赫兹隐身技术
的 电磁波 反 射 或辐 射 差 异 ， 破 坏 和削 弱敌 方 侦 测 和制 导系 统 正 常工 作 ， 这 是 无 源 对 抗 技 术 最 主要
的一种 手 段 。 目前 国际 上 太 赫 兹 无 源 对 抗 技 术 的 发 展 主
Ｔ Ｈｚ ｓ ｔ ｅ ｌｔ ａ ｈ ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ｓ ｒｅ ａ ｄ ｅ ｓ ｃ ｉ ｒ ｂ ｅ ｄ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ｅ ｎ ｄ ｏ ｆ Ｔ Ｈｚ ｓ ｔ ｅ ａ ｌ ｔ ｈ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｄ ｅ — ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ．
第 ３期 ２ ０ １ ５年 ９月 ３ Ｓ ｅ ｐ． ２０１ ５
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ — ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ・
太 赫 兹 隐 身 技 术
王 兰， 李 永明 ， 张长军
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ＴＨｚ； Ｓ ｔ ｅ ｌｔ ａ ｈ Ｔ ｅ ｃ ｈｎ ｉ ｑ ｕ ｅ； Ｓ ｔ ｅ ａ ｌ ｔ ｈ Ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ｓ ； ＲＣＳ
元 的电磁 波反 射 、 辐 射 特性 ， 降低 作 战单 元 和 背 景
１ 引 言
太 赫 兹波是 指 频率 在 ０ ． １ Ｔ Ｈｚ 到１ ０ Ｔ Ｈｚ 范 围 内的 电磁 波 ， 介 于微 波 和红 外 之 间 ， 具 有很 多其 他 波段 电磁波 不 具 备 的特 点 ， 其 最 明显 的 特 点 之 一
姚建铨——太赫兹技术及其在公共安全领域的应用
姚建铨——太赫兹技术及其在公共安全领域的应用朱璇【期刊名称】《警察技术》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】4页(P3-6)【作者】朱璇【作者单位】【正文语种】中文姚建铨中科院院士，激光与光电子、太赫兹领域科学家。
现任天津大学精密仪器与光电子工程学院教授博导、院学位委员会主任、名誉院长、激光与光电子研究所所长、兼任国家教育部科技委副主任、天津市科协副主席。
他首创“姚方法”，并在国际上率先建立了双轴晶体最佳相位匹配计算类高斯分布理论准连续高功率倍频激光器准连续激光调谐系统的技术体系。
近年来致力于太赫兹波辐射的研究，在光学手段太赫兹源和太赫兹应用领域成果显著，承担973、863及国家自然科学基金等多项项目。
国内外发表论文730余篇，被多国学者引用百余次。
获国家发明二等奖，国家教委及天津科技进步二等奖（4次）、军队科技进步一等奖、中科院特等奖等奖项及“国家级有突出贡献中青年专家”“全国高校先进科技工作者”“全国优秀科技工作者”及“天津市特等劳模”称号，享受国务院特殊津贴。
太赫兹技术是近年来兴起的一项高新技术，在公共安全领域有着巨大的应用前景，尤其是在人员安检和爆炸物毒品检测等方向。
本期，我们特别邀请太赫兹专家姚建铨院士作为专访嘉宾，为大家介绍太赫兹技术和其应用前景，以及太赫兹技术的发展对于公共安全领域的影响。
记者：近年来，“太赫兹”的概念在反恐领域被频频提及，能否请您简单介绍一下太赫兹是什么。
姚建铨：太赫兹这个词指的是电磁波谱中的一段，它的频率范围是从10的11次方到10的13次方赫兹。
之所以叫太赫兹是因为在英语里面10的12次方被叫做“tera”，音译过来就取了“太”这个音。
太赫兹波段介于红外和微波之间，比太赫兹频率更高的是红外光，比太赫兹频率更低的是微波。
红外和微波在多年以前就已经有了成熟的应用，比如大家熟悉的红外摄像头，红外体温计等，再比如军事上用的微波雷达等。
但是太赫兹对于很多人来说可能还是个陌生的名词，这是因为太赫兹器件的研发有很高的难度，既不能完全套用红外器件的方法，也不能照搬微波器件的方法，可以说是介于光学方法和电学方法之间，因此很长时间呢这一段的电磁波谱并没有形成真正的应用。
太赫兹频段OFDM一体化波形的雷达探测性能分析
太赫兹频段OFDM一体化波形的雷达探测性能分析徐利民;付松年;彭迪;秦玉文【期刊名称】《太赫兹科学与电子信息学报》【年(卷),期】2024(22)6【摘要】传统的正交频分复用(OFDM)信号在太赫兹通信系统中通常会面临峰均功率比(PAPR)过高的问题,严重降低功率放大器的效率,恶化太赫兹链路的非线性效应。
恒模雷达-通信一体化波形可以抑制PAPR的影响。
本文采用模糊函数作为评价标准,从距离和速度两方面分析和比较了太赫兹频段正交频分复用-16阶正交幅相调制-线调频(OFDM-16QAM-LFM)、正交频分复用-二进制相移键控-线调频(OFDM-BPSK-LFM)、正交频分复用-最小相移键控-线调频(OFDM-MSK-LFM)3种OFDM一体化波形的雷达探测性能。
数值仿真结果表明,OFDM-16QAM-LFM 波形在太赫兹频段的距离和速度探测性能良好,但PAPR过高;OFDM-BPSK-LFM、OFDM-MSK-LFM波形采用相位调制代替幅度-相位调制,保持恒定包络特性;OFDM-BPSK-LFM一体化波形的距离分辨力不会随着子载波数量增加而恶化,但速度分辨力随着子载波数量的增加而受到很大影响,不适宜用于高速运动状态下多目标的速度检测;OFDM-MSK-LFM波形可承载更多的子载波,适应复杂场景下的多载波雷达探测需求。
本文方法为不同应用场景的一体化波形选择提供了参考。
【总页数】9页(P679-687)【作者】徐利民;付松年;彭迪;秦玉文【作者单位】广东工业大学信息工程学院;广东工业大学通感融合光子技术教育部重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TN928【相关文献】1.太赫兹频段雷达探测的冰云微物理参数反演算法模拟研究2.《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第5期专栏征稿主题:太赫兹探测、通信及其一体化3.《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第5期专栏征稿主题:太赫兹探测、通信及其一体化4.《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第5期专栏征稿主题:太赫兹探测、通信及其一体化5.《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第5期专栏征稿主题:太赫兹探测、通信及其一体化因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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张岩,用太赫兹技术加强安检
张岩研究员、博士生导师，首都师范大学物理系科研副主任，哈尔滨工业大学兼职教授。
现担任中国光学学会光电专业委员会副秘书长，中国物理学学会基础光学委员会委员，中国仪器仪表协会光机电委员会理事。
主要从事太赫兹成像技术和表面等离子亚波长光学研究。
先后承担了包括国家自然科学基金、国家975课题等国家及省部级项目十余项。
2004年入选北京市科技新星计划。
20世纪90年代初，国际上掀起了一股太赫兹波(THz波)研究热潮。
美国、日本等发达国家相继将该技术列为国家级重点战略研究项目。
2005年，以“太赫兹科学技术的新发展”为主题的第270次学术讨论会在北京香山饭店召开，标志我国太赫兹科学技术系统研究正式起步。
会后，张岩所在的首都师范大学太赫兹实验室被确定为全国太赫兹技术开放研发平台之一。
记者：首先请您简单介绍一下什么是太赫兹成像技术。
张岩：太赫兹波(THz波)或称为太赫兹射线(THz射线)是从上个世纪80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科学家们将这一波段统称为远红外射线。
太赫兹波是指频率在0.1～10THz范围的电磁波。
波长大概在30um～3mm范围，介于微波与红外之间，是一种宝贵的电磁资源。
记者：请您介绍一下你们的太赫兹实验室?
张岩：我们的太赫兹实验室的确值得一提。
实验室成立于2001年，历经5年的发展，在2006年被正式批准为北京市“太赫兹波谱与成像”重点实验室；2007年获批太赫兹光电子学省部共建教育部重点实验室；2008年又获批中关村开放实验室，为中关村2万多家注
册企业提供相应的技术服务，产研联合进行关键技术攻关。
这是国内唯一一所专门从事太赫兹研究的雀部级实验室，处于国内领先水平。
目前，实验室具有科研用房3000m2，其中千级超净实验室3间，面积225 m2。
三年来，实验室共承担国家973计划、国家863计划、国家自然科学基金重大项目等各类项目23项，总科研经费达1500余万元。
记者：太赫兹技术如此受重视，那么它可以有哪些应用呢?
张岩：太赫兹技术可应用的领域很多。
目前，我们实验室的太赫兹技术应用研究主要有四个方面。
一是利用大分子物质在太赫兹波波段具有特征指纹谱这一特性，建立毒品、爆炸物以及生物大分子的太赫兹谱库，便于利用太赫兹技术对这些样品进行探测和识别，提供更高级的质量控制，安全检测和环境控制技术。
在公安部门的支持与配合下，实验室已经建立了常见毒品和爆炸物的太赫兹谱库，包括30多种常见毒品、9类爆炸物和20余种蛋白质氨基酸，为太赫兹技术的实用化奠定了基础。
二是THz波可穿透许多非极性材料，如衣物、纸张等，并且THz辐射具有很低的光子能量，不会在生物组织中产生有害的光致电离，因此可将该技术应用于人体的安全检测；通过测量生物组织对THz辐射的不同响应，还可以对人体进行健康扫描和癌细胞的早期识别。
三是将太赫兹成像技术用于材料的无损检测，实验室已成功将该技术应用在航空航天领域，对火箭燃料箱绝热泡沫层进行了成功检测。
四是利用THz波在不同介质中的传输特性，研究太赫兹波与物质的相互作用。
在THz波段，人们可以利用相关探测手段同时得到太赫兹波的振幅和相位信息，为研究太赫兹波同物质的相互作用提供更多的帮助。
此外，基于飞秒技术的太赫兹产生和探测方法还提供了时间分辨的测量手段，可以对样品进行四维探测。
记者：科技新星计划为您从事科研工作提供了哪些支持?
张岩：2003年，我结束了在德国斯图加特大学应用光学研究所洪堡学者的研究回国发展。
刚回国自己有很多好的想法，但是，当时科研经费紧缺。
2004年我入选北京市科技新星计
划，为我在国内的科研工作提供了启动资金，以此为基础又申请了其他经费支持，为我在国内展开科研工作奠定了基础。
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