正文 第21章 高精尖新—激光雷達(1 / 2)

1.認識激光雷達

激光從本質上來說它也是一種電磁波,所以人們又研製出了激光雷達。

激光雷達是指用激光器作為輻射源的雷達。激光雷達是激光技術與雷達技術完美結合的產物。它由發射機、天線、接收機、跟蹤架及信息處理等部分組成。發射機是各種各樣的激光器,如二氧化碳激光器、半導體激光器及波長可調諧的固體激光器等;天線則是光學望遠鏡;接收機則采用各種形式的光電探測器,如光電倍增管、半導體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測器件等。激光雷達采用脈衝或連續波2種工作方式,探測方法可分為直接探測與外差探測。

激光雷達位於香港國際機場兩條平行的跑道之間,不斷掃瞄機場的升降區,以探測可能影響飛機升降的氣流,覆蓋範圍遠至跑道著陸區外3海裏(5.6千米)。

激光雷達是傳統雷達技術與現代激光技術相結合的產物。1960年激光問世,接著在第二年,科學家就提出了激光雷達的設想,並立刻開展了這項研究工作。50年多來,激光雷達技術已經從最簡單的激光測距技術開始,逐步發展了激光跟蹤、激光測速、激光掃描成像、激光多普勒成像等技術,陸續開發出不同用途的激光雷達。

激光雷達之所以備受關注,是因為它具有獨特的優點:激光雷達有極高的角分辨率、具有極高的距離分辨率、速度分辨率高、測速範圍廣、能獲得目標的多種圖像、抗幹擾能力強、比微波雷達的體積和重量小等。但是,激光雷達的技術難度很高,至今尚未成熟,而且在惡劣天氣時它的性能將會下降,這使它的應用受到了一定的限製。

激光雷達分辨率非常高,可以采集到精確的三維數據,如方位角—俯仰角—距離、距離—速度—強度,並將數據以圖像的形式顯示,獲得輻射幾何分布圖像、速度圖像等,最有潛力成為重要的偵察手段。美國雷聲公司已經研製出的“ILR100”激光雷達,安裝在高性能飛機和無人機上,在待偵察地區的上空以120~460米的高度飛行,用GaAs激光進行行掃描。獲得的影像可實時顯示在飛機上的陰極射線管顯示器上,或通過數據鏈發送至地麵接收站。

激光雷達是一項正在迅速發展的高新技術,在軍事領域具有廣泛的用途,受到了各國軍事部門的極大關注。激光雷達係統將激光用於回波測距、定向,並通過位置、徑向速度及物體反射特性識別目標,充分體現了特殊的發射、掃描、接收和信號處理技術。在國際上,激光雷達是被限製擴散的軍事技術之一。

激光雷達是一種工作在從紅外到紫外光譜段的雷達係統,它的工作原理和構造與激光測距儀極為相似。它的主要作用是能精確測量目標位置(距離和角度)、運動狀態(速度、振動和姿態)和形狀,探測、識別、分辨和跟蹤目標。

激光雷達係統是一種集激光,全球定位係統和慣性導航係統三種技術於一身的係統,用於獲得數據並生成精確的地麵數字高程模型。這三種技術的結合,可以高度準確地定位激光束在物體上打光斑。它又分為目前日臻成熟的用於獲得地麵數字高程模型的地形激光雷達係統和已經成熟並應用於獲得水下數字地形模型的水文激光雷達係統,這兩種係統的共同特點都是利用激光進行探測和測量。

激光本身就是具有非常精確的測距能力,它的測距精度可高達幾個厘米,而激光雷達係統的精確度除了取決於激光本身因素,還取決於全球定位係統和慣性測量單元與激光三者之間的同步等許多內在因素。

激光雷達係統包括一個單束窄帶激光器和一個信號接收係統。它工作時,激光器產生並發射一束光脈衝,打在物體上並反射回來,最終被接收器所接收。接收器能準確地測量出光脈衝從發射到被反射回的傳播時間。因為光脈衝以光速傳播,所以接收器總會在下一個脈衝發出之前就收到前一個被反射回的脈衝,因為光是以每秒30萬千米的速度傳播,所以無論用激光雷達探測地球上的哪個地方,激光脈衝都會在一秒中內返回。

激光雷達仍是一項發展中的技術,有的激光雷達係統已經實用,但更多的激光雷達係統仍在艱苦地研製或探索之中。激光雷達的類別可以從不同的角度來進行劃分。科學家把那種利用激光脈衝進行探測的雷達稱為脈衝激光雷達,把利用連續波激光束進行探測的稱為連續波激光雷達。若按用途和功能的不同,則可把激光雷達劃分成:精密跟蹤激光雷達、製導激光雷達、火控激光雷達、氣象激光雷達、偵毒激光雷達、水下激光雷達等;若按工作體製不同劃分,則有單脈衝、連續波、調頻脈衝壓縮、調頻連續波、調幅連續波、脈衝多普勒等體製的激光雷達。