学科前沿讲座论文~激光雷达.docVIP

激光雷达的定义及其原理 激光和雷达都是发明于上世纪的尖端技术。如今，集二者于一身的激光雷达系统正日益显现其巨大的应用潜力。凭借能够精确、主动、快速获取目标三维空间信息的优势，激光雷达已成功应用于地形测绘、资源探测、环境调查及城市规划等领域，乃至全球变化研究。 激光雷达是光探测和测距(Light detection and ranging)的简称。早先称为光雷达，因为那时使用的光源均非激光。自激光器出现以来，激光作为高亮度、低发散的相干光特别适合作光雷达的光源，所以现在的光雷达均使用激光器作光源，名称也就统称为激光雷达了。工作在红外和可见光波段由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。 激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。因为光速是已知的，所以根据发射光的发出时间和后向散射光的接收时间的时间差就可计算出激光器与污染剂的距离。这就是激光雷达能测距的原理。 激光雷达通常按照所用激光器、探测技术或雷达功能来分类。可用于雷达系统的激光器种类很多，主要有二氧化碳激光器、Nd∶YAG及喇曼移频的Nd∶YAG激光器、氦-氖激光器，以及近年来迅速发展的Er∶YAG激光器、GaAlAs半导体激光器和Ho∶YAG激光器。 其中掺铒YAG激光波长为2微米左右，而GaAiAs激光波长则在0.8-0.904微米之间根据探测技术的不同，激光雷达可以分为直接探测型和相干探测型两种而按照不同功能，则可分为跟踪雷达、运动目标指示雷达、流速测量雷达、风剪切探测雷达、目标识别雷达、成像雷达及振动传感雷达。 激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统，其原理和构造与仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达，把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力，科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。 在世界范围内，大气污染问题日益严重要治理这种环境污染，首先就要探测污染源头。激光雷达是探测污染源头在哪里的最有威力的手段。使用它可以随时监测某个地域上空的空气污染情况，甚至探测出某个烟囱都排放出哪些污染物，从而为迅速采取对策提供依据隐身兵器通常是针对微波雷达的，因此激光雷达很容易“看穿”隐身目标所玩的“把戏”；再加上激光雷达波束窄、定向性好、测量精度高、分辨率高，因而它能有效地探测隐身目标。激光雷达在军事上主要用于靶场测量、空间目标交会测量、目标精密跟踪和瞄准、目标成像识别、导航、精确制导、综合火控、直升机防撞、化学战剂监测、局部风场测量、水下目标探测等。化学战剂探测激光雷达直升机障碍物规避激光雷达机载海洋激光雷达成像激光雷达可水下探物与普通微波雷达相比,激光雷达由于使用的是激光束,工作频率较微波高了许多,因此带来了很多特点,主要有： （1）分辨率高 激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。通常角分辨率不低于0.1mard也就是说可以分辨3km距离上相距0.3m的两个目标(这是微波雷达无论如何也办不到的),并可同时跟踪多个目标；距离分辨率可达0.lm；速度分辨率能达到10m/s以内。距离和速度分辨率高,意味着可以利用距离——多谱勒成像技术来获得目标的清晰图像。分辨率高,是激光雷达的最显著的优点,其多数应用都是基于此。 （2）隐蔽性好、抗有源干扰能力强 　　激光直线传播、方向性好、光束非常窄,只有在其传播路径上才能接收到，因此敌方截获非常困难，且激光雷达的发射系统(发射望远镜)口径很小,可接收区域窄，有意发射的激光干扰信号进入接收机的概率极低；另外，与微波雷达易受自然界广泛存在的电磁波影响的情况不同，自然界中能对激光雷达起干扰作用的信号源不多，因此激光雷达抗有源干扰的能力很强,适于工作在日益复杂和激烈的信息战环境中。 （3）低空探测性能好 　　微波雷达由于存在各种地物回波的影响,低空存在有一定区域的盲区(无法探测的区域)。而对于激光雷达来说,只有被照射的目标才会产生反射,完全不存在地物回波的影响，因此可以零高度工作，低空探测性能较微波雷达强了许多。 （4）体积小、质量轻 通常普通微波雷达的体积庞大，整套系统质量数以吨记，光天线口径就达几米甚至几