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《學科前沿講座論文~激光雷達》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、激光雷達的定義及其原理激光和雷達都是發(fā)明于上世紀的尖端技術(shù)。如今，集二者于一身的激光雷達系統(tǒng)正日益顯現(xiàn)其巨大的應用潛力。憑借能夠精確、主動、快速獲取目標三維空間信息的優(yōu)勢，激光雷達已成功應用于地形測繪、資源探測、環(huán)境調(diào)查及城市規(guī)劃等領(lǐng)域，乃至全球變化研究。激光雷達是"光探測和測距"(Lightdetectionandranging)的簡稱。早先稱為光雷達，因為那時使用的光源均非激光。自激光器出現(xiàn)以來，激光作為高亮度、低發(fā)散的相干光特別適合作光雷達的光源，所以現(xiàn)在的光雷達均使用激光器作光源，名稱也就統(tǒng)稱為激光雷達了。其主要工作在紅外
2、和可見光波段，由激光發(fā)射機、光學接收機、轉(zhuǎn)臺和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機再把從目標反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。激光雷達是以發(fā)射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統(tǒng)。從工作原理上講，與微波雷達沒有根本的區(qū)別：向目標發(fā)射探測信號(激光束),然后將接收到的從目標反射回來的信號(目標回波)與發(fā)射信號進行比較,作適當處理后,就可獲得目標的有關(guān)信息,如目標距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù),從而對飛機、導彈等目標進行探測、跟蹤和識別。因為光速是已知的，所以根據(jù)發(fā)射光的發(fā)出時間
3、和后向散射光的接收時間的時間差就可計算出激光器與污染劑的距離。這就是激光雷達能測距的原理。激光雷達的分類激光雷達通常按照所用激光器、探測技術(shù)或雷達功能來分類?？捎糜诶走_系統(tǒng)的激光器種類很多，主要有二氧化碳激光器、Nd∶YAG及喇曼移頻的Nd∶YAG激光器、氦-氖激光器，以及近年來迅速發(fā)展的Er∶YAG激光器、GaAlAs半導體激光器和Ho∶YAG激光器。其中摻鉺YAG激光波長為2微米左右，而GaAiAs激光波長則在0.8-0.904微米之間；根據(jù)探測技術(shù)的不同，激光雷達可以分為直接探測型和相干探測型兩種；而按照不同功能，則可分為跟
4、蹤雷達、運動目標指示雷達、流速測量雷達、風剪切探測雷達、目標識別雷達、成像雷達及振動傳感雷達。激光雷達的用途及潛能激光雷達是一種工作在從紅外到紫外光譜段的雷達系統(tǒng)，其原理和構(gòu)造與激光測距儀極為相似?？茖W家把利用激光脈沖進行探測的稱為脈沖激光雷達，把利用連續(xù)波激光束進行探測的稱為連續(xù)波激光雷達。激光雷達的作用是能精確測量目標位置（距離和角度）、運動狀態(tài)（速度、振動和姿態(tài)）和形狀，探測、識別、分辨和跟蹤目標。經(jīng)過多年努力，科學家們已研制出火控激光雷達、偵測激光雷達、導彈制導激光雷達、靶場測量激光雷達、導航激光雷達等。具體來說，在民用方
5、面，由于在世界范圍內(nèi)，大氣污染問題日益嚴重，要治理這種環(huán)境污染，首先就要探測污染源頭。激光雷達是探測污染源頭在哪里的最有威力的手段。使用它可以隨時監(jiān)測某個地域上空的空氣污染情況，甚至探測出某個煙囪都排放出哪些污染物，從而為迅速采取對策提供依據(jù)；在軍事方面更是舉不勝數(shù)，隱身兵器通常是針對微波雷達的，因此激光雷達很容易“看穿”隱身目標所玩的“把戲”；再加上激光雷達波束窄、定向性好、測量精度高、分辨率高，因而它能有效地探測隱身目標。激光雷達在軍事上主要用于靶場測量、空間目標交會測量、目標精密跟蹤和瞄準、目標成像識別、導航、精確制導、綜合
6、火控、直升機防撞、化學戰(zhàn)劑監(jiān)測、局部風場測量、水下目標探測等。針對探測敵方生化武器以及戰(zhàn)場飛行超低空等的要求，化學戰(zhàn)劑探測激光雷達，直升機障礙物規(guī)避激光雷達，機載海洋激光雷達，成像激光雷達可水下探物等一系列的雷達應運而生，并相繼投入了使用。激光雷達相比于普通雷達的優(yōu)缺點與普通微波雷達相比,激光雷達由于使用的是激光束,工作頻率較微波高了許多,因此帶來了很多特點,主要有：（1）分辨率高激光雷達可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率。通常角分辨率不低于0.1mard也就是說可以分辨3km距離上相距0.3m的兩個目標(這是微波雷達無論如何也
7、辦不到的),并可同時跟蹤多個目標；距離分辨率可達0.lm；速度分辨率能達到10m/s以內(nèi)。距離和速度分辨率高,意味著可以利用距離——多譜勒成像技術(shù)來獲得目標的清晰圖像。分辨率高,是激光雷達的最顯著的優(yōu)點,其多數(shù)應用都是基于此。（2）隱蔽性好、抗有源干擾能力強 激光直線傳播、方向性好、光束非常窄,只有在其傳播路徑上才能接收到，因此敵方截獲非常困難，且激光雷達的發(fā)射系統(tǒng)(發(fā)射望遠鏡)口徑很小,可接收區(qū)域窄，有意發(fā)射的激光干擾信號進入接收機的概率極低；另外，與微波雷達易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同，自然界中能對激光雷達起干擾
8、作用的信號源不多，因此激光雷達抗有源干擾的能力很強,適于工作在日益復雜和激烈的信息戰(zhàn)環(huán)境中。（3）低空探測性能好 微波雷達由于存在各種地物回波的影響,低空存在有一定區(qū)域的盲區(qū)(無法探測的區(qū)域)。而對于激光雷達來說,只有被照射的目標才會產(chǎn)生反射,完
