多波长激光雷达系统设计与仿真技术研究
系精密仪器
系主任
批准日期
毕业设计（论文）任务书
精密仪器系光信专业班学生
一、毕业设计(论文)课题多波长激光雷达系统设计与系统仿真技术研究
二、毕业设计(论文)工作自2014 年 2 月24 日起至2014 年 6 月20 日止
三、毕业设计(论文)进行地点本校
四、毕业设计(论文)的内容要求
激光雷达是一种新兴的具有高效、高精度、高时空分辨率主动遥感探测装置，可以实现对大气气溶胶实时高效的探测，具有其它常规探测手段难以企及的优点。多个波长的激光雷达可以实现对气溶胶粒谱分布、色比、Angstrom指数等的探测。本课题要求在了解气溶胶Mie散射的基础上，设计一个多波长（355、532、1064nm）激光雷达系统。利用Zemax光学软件实现光学接收系统的仿真与模拟，Matlab软件实现系统探测能力、探测性能的仿真与计算。
1、调研、查阅参考资料
(1) 了解气溶胶Mie散射的基本原理；
（2）查阅多波长激光雷达的理论和发展；
(3) 学习Zemax软件和Matlab软件；
(4) 查阅资料总结分析大气气溶胶回波信号的反演算法;
2、方案论证和选择
设计包含355\532\1064nm的多波长激光雷达系统，实现多个波长气溶胶的回波探测和分光系统设计与分析。根据多波长激光雷达系统参数实现探测能力的
探测仿真与分析。
3、撰写开题报告并于第4周开题
4、软件设计
利用Zemax光学软件设计接收望远镜，利用Matlab或Matlab软件设计大气气溶胶反演程序，并完成系统探测能力的仿真与计算。
5、编写论文
6、撰写5000字左右的文献综述
7、翻译不少于3000汉字的外文资料
负责指导教师
指导教师
接受设计论文任务开始执行日期
学生签名
多波长激光雷达系统设计与仿真技术研究
系精密仪器 系主任 批准日期 毕业设计（论文）任务书 精密仪器系光信专业班学生 一、毕业设计(论文)课题多波长激光雷达系统设计与系统仿真技术研究 二、毕业设计(论文)工作自2014 年 2 月24 日起至2014 年 6 月20 日止 三、毕业设计(论文)进行地点本校 四、毕业设计(论文)的内容要求 激光雷达是一种新兴的具有高效、高精度、高时空分辨率主动遥感探测装置，可以实现对大气气溶胶实时高效的探测，具有其它常规探测手段难以企及的优点。多个波长的激光雷达可以实现对气溶胶粒谱分布、色比、Angstrom指数等的探测。本课题要求在了解气溶胶Mie散射的基础上，设计一个多波长（355、532、1064nm）激光雷达系统。利用Zemax光学软件实现光学接收系统的仿真与模拟，Matlab软件实现系统探测能力、探测性能的仿真与计算。 1、调研、查阅参考资料 (1) 了解气溶胶Mie散射的基本原理； （2）查阅多波长激光雷达的理论和发展； (3) 学习Zemax软件和Matlab软件； (4) 查阅资料总结分析大气气溶胶回波信号的反演算法; 2、方案论证和选择 设计包含355\532\1064nm的多波长激光雷达系统，实现多个波长气溶胶的回波探测和分光系统设计与分析。根据多波长激光雷达系统参数实现探测能力的 探测仿真与分析。 3、撰写开题报告并于第4周开题
4、软件设计 利用Zemax光学软件设计接收望远镜，利用Matlab或Matlab软件设计大气气溶胶反演程序，并完成系统探测能力的仿真与计算。 5、编写论文 6、撰写5000字左右的文献综述 7、翻译不少于3000汉字的外文资料 负责指导教师 指导教师 接受设计论文任务开始执行日期 学生签名
基于单片机的汽车倒车雷达系统设计
基于单片机的汽车倒车雷达系统设计 摘要 随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车倒车防撞预警系统势在必行。本设计是利用最常见的超声波测距法来设计的一种基于单片机的汽车倒车雷达系统。 本设计的主要是基于STC89C52单片机利用超声波的特点和优势，将超声波测距系统和STC89C52单片机结合于一体，设计出一种基于STC89C52单片机的汽车倒车雷达系统。该系统采用软、硬件结合的方法，实现了汽车与障碍物之间距离的显示以及危险距离的声光报警等功能。 本设计论文概述了超声波检测的发展及基本原理，阐述了超声波传感器的原理及特性。在超声波测距系统功能和STC89C52单片运用的基础上，提出了系统的总体构成，对系统各个设计单元的原理进行了介绍，并且对组成各单元硬件电路的主要器件做了详细说明和选择。本设计论文还介绍了系统的软件结构，并通过编程来实现系统功能和要求。 关键词：汽车倒车雷达、STC89C52、超声波、测量距离、显示距离、声光报警
第一章绪论 课题设计的目的和意义 随着汽车的普及，越来越多的家庭拥有了汽车。交通拥挤状况也随之出现，撞车事件也是经常发生，人们在享受汽车带来的乐趣和方便的同时，更加注重的是汽车的安全性，许多“追尾”事故都与车距有着密切的关系。为了解决这个安全问题，设计一种汽车测距防撞报警系统势在必行。 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单。所以超声波测距法是一种非常简单常见的方法，应用在汽车停车的前后左右防撞的近距离测量，以及在汽车倒车防撞报警系统中，超声波作为一种特殊的声波，具有声波传输的基本物理特性—折射，反射，干涉，衍射，散射。超声波测距是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波测距传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用LED 显示出来，当到达一定距离时，系统能发出报警声，进而提醒驾驶人员，起到安全的左右。 通过本课题的研究，将所学到的知识用在实践中并有所创新和进步。该设计可广泛应用在生活、军事、工业等各个领域，它需要设计者有较好的数电、模电知识，并且有一定的编程能力，综合运用所学的知识实现对超声波发射与接收信号进行控制，通过单片机程序对超声波信号进行相应的分析、计算、处理最后显示在液晶显示屏上。
用钢尺测量激光器波长
用钢尺测量激光器波长 、引言 激光作为一种单色性、方向性极好的相干光源，近年来被广泛的应用到各种 科学实验中。但由于激光材料的不同，激光被分为狠多的种类，激光器的特性也不尽相同，比如说其最重要的特性中心波长。我们在使用激光器之前了解其波长是十分必要的，当然在现代的实验室中有各种各样的精密仪器可以方便的测出激光的波长，但是如果我们不依靠实验室里的这些仪器，仅用我们日常生活中一些常用的工具能否测出激光的波长呢？下文我们就介绍了一种方案，结合激光的波动性，仅利用一把我们日常生活中使用的钢尺就能较准确地测出激光的波长。一把普通钢尺在日常生活中常常用来粗测物体的长度，但是如果有精妙的实验方案，利用小小的钢尺完全可以较精确的测量出激光的波长。这听来似乎完全“不可思议”。如果能够巧妙的利用光的波动性的话，这个奇迹完全可以创造。而且本试验所需器材简单易找，完全来源的于日常生活，符合“从生活到物理” 的新课程理念。是学生课下作为“探究性”实验的极好素材。 、正文部分 1）实验原理 激光是一种方向性和单色性极好的光源，试验过程中首先将钢尺固定 在水平桌面上，使激光的一部分照射在钢尺的刻痕上，一部分反 射到垂直于桌面的墙壁上。这时通过微调激光的入射角度，则会在墙面上出现系列亮点S。，S。，S。，S。等。这是因为 S。，S o 激光在钢尺两刻痕之间的许多光滑面上均发生了反射，这些反射光线如果相位相同则会相互叠加而在墙面上形成亮斑。原理如图 1所示。
激光器 图一 由于钢尺上有周期性排列的间隔为1mm 的间隔，也就是钢尺的刻度，两刻度之间 为表面光滑的钢面，可以较好的反射激光，而刻度由于表面为黑色而且不光滑, 所以不能很好的反射激光，这样我们可以将钢尺看成一个反射光栅， 而激光又是 单色性、相干性非常好的光源，当激光打在钢尺的刻度上反射之后， 就能够形成 相应的衍射条纹。具体的实验原理如下图所示: 在图二A 处放置一激光发生器，其发出的激光以接近 90度的入射角照射在BB' 上（BB 为钢尺上刻度与刻度之间的平滑面能够反射激光），由于BB'非常的小, 其可以和激光的波长相比较，所以光束在反射的同时又发生衍射，当两束衍射光 的相位相同时，则会相互叠加而加强，在光屏上形成亮斑；当两束衍射光相位相 反时，则由于相互叠加而减弱，形成暗斑。如图所示激光以跟平面成 角入射在 光滑平面上，经过反射之后到达光屏，其光程差为: AB' P ABP DB' D' B d(cos cos ) k
2020年智能交通系统激光雷达行业分析
2020年智能交通系统激光雷达行业分析 一、行业概况 (2) 二、行业竞争状况 (3) 1、SICK (4) 2、IBEO Automotive Systems GmbH (4) 3、Velodyne Lidar (4) 4、速腾聚创 (4) 5、禾赛科技 (5) 6、思岚科技 (5) 三、行业主要壁垒 (5) 1、技术与人才壁垒 (5) 2、资质壁垒 (6) 3、资金壁垒 (6) 4、品牌和客户资源壁垒 (7)
一、行业概况 智能交通系统（即ITS-Intelligent Transportation System）是将信息技术、计算机、数据通信、传感器、电子控制、自动控制、人工智能、运筹学等技术有效集成运用，对交通管理、交通运输、公众出行等交通领域全方位以及交通建设管理全过程进行管控支撑，使交通系统在区域、城市各时空范围内具备感知、互联、分析、预测、控制等能力，以充分保障交通安全、发挥交通基础设施效能、提升交通系统运行交流和管理水平。 智能交通行业是以智能交通系统为载体，智能交通服务为最终目标的、相互关联的增值活动企业个体所组成的企业群，其构成包括智能交通信息采集与处理设备制造商、智能交通信息服务集成商、智能交通信息服务提供商、智能交通信息通信网络运营商、智能交通信息服务和管理终端设备制造商及其软件系统开发商、交通工具生产商和政府管理部门等。其中，智能交通信息采集与处理设备是整个智能交通系统尤为重要的环节，智能交通信息采集与处理设备利用先进传感技术、电子控制技术、现代微波通信技术、嵌入式软硬件技术等，采集并处理交通基础数据，将信息按照一定的接口和编码规范输出给智能交通信息管理应用平台，为使用者和管理者提供应用依据，对智能交通系统和服务的质量起着先导作用。我国政府积极出台相关政策，快速促进智能交通行业发展。政府、行业和企业协力促进智能交通行业的技术革新、标准制定和产品研发。我国开展一系列的示范项目，
激光雷达的基本技术
第二章 激光雷达的基本技术 如前所述，激光雷达的种类繁多、结构各异，其整机形式及体积重量也很不相同。为说明这一特点，图2.1~2.4给出了几种典型的激光雷达外观图。其中，图2.1~2.2为两种大型的激光雷达。而图2.3~2.4则为两种小型激光雷达。尽管如此，对所有的激光雷达而言，有一点是共同的，它们都是 图2.1 NASA 平流层气溶胶Lidar 照片 图2.2 欧共体 ALOMAR Lidar 图 2.3 IAP RMR 激光雷达 图2.4 便携式激光雷达
由发射、接收和信号处理三个主要部分组成。并且再分下去，这三部分又都由激光器、发射光学、接收光学、窄带滤光、通道分光、光电探测器和信号处理电路（通常包括微型计算机）等几个部件组成。此外，在由部件组成激光雷达时，都会涉及发射光束和接收视场的匹配，联调或同步扫描等技术问题。也就是说，在不同的激光雷达中都需要采用一些共同的部件或整机技术。因此，本书在讲述各种具体类型激光雷达之前，先对这些共同的激光雷达部件技术作简要的介绍。 2.1 发射系统技术 2.1.1 发射激光器 激光器用来产生发射激光束，故常称用于激光雷达的激光器为发射激光器。发射激光器是激光雷达中最为重要的技术部件，它的质量往往在很大程度上决定了激光器的探测性能。对用于激光雷达的激光器，通常有如下要求： 1．有较大的输出功率，且大多数都需要工作于脉冲方式，因此相应的要求是脉冲能量大、脉冲重复频率高。 2．激光的光束质量好，特别是要求光束的发散度要小、指向性要好。 3．对于工作于差分吸收或荧光机制的激光雷达，还要求激光输出波长处于特定光谱范围或要求其可以调谐。 4．通常还要求激光器体积、功耗小，性能稳定可靠等，以满足激光雷达多种运载方式的要求。 能基本上满足上述要求的激光器有很多种，范围涵盖了以固体、气体、液体和半导体为工作物质的各种激光器。但是，真正经常用于激光雷达的激光器实际上有少量几种，现分别简介如下：1．Nd:YAG激光器 Nd:YAG激光器是一种典型的固体工作物质的激光器。由于它多方面的优良性能，在激光雷达中获得最为广泛的应用。 Nd:YAG激光器的原理结构示于图2.5。它主要由激光工作物质Nd:YAG棒，由M1和M2两块腔镜组成的激光谐振腔和闪光灯及其电源三个主要部分组成。至于图中的Q开关，它是为了形成窄脉冲输出激光用的，从原理上讲，并不属于Nd:YAG激光器的工作物质、谐振腔和激励源三个必要部分。 图2.5 Nd:YAG激光器
基于超声波汽车倒车雷达预警系统设计
万方数据
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基于超声波汽车倒车雷达预警系统设计 作者：高月华， GAO Yuehua 作者单位：重庆科技学院机械与动力工程学院,重庆,400042 刊名： 压电与声光 英文刊名：PIEZOELECTRICS & ACOUSTOOPTICS 年，卷(期)：2011,33(3) 被引用次数：2次 参考文献(5条) 1.吴琼;封维忠;马文杰汽车倒车雷达系统的设计与实现[期刊论文]-现代电子技术 2009(09) 2.王红云基于超声波测距的倒车雷达系统设计[期刊论文]-国外电子元器件 2008(8) 3.王守华基于温度补偿的超声波倒车测距仪的研制[期刊论文]-今日电子 2009(9) 4.朱维杰;于湘珍基于超声波测距的自适应倒车雷达设计[期刊论文]-汽车电器 2009(4) 5.鲁思慧基于微控制器超声波技术的倒车障碍检测系统 2008(08) 本文读者也读过(7条) 1.孙会楠基于单片机的倒车雷达研究[期刊论文]-科技创新导报2011(15) 2.陈学永具有语音提示和数码距离显示的超声波倒车雷达设计[会议论文]-2007 3.常雨芳.黄文聪.Chang Yufang.Huang Wencong基于超声测距的可视倒车雷达预警系统设计[期刊论文]-软件导刊2010,09(12) 4.滕志军基于超声波检测的倒车雷达设计[期刊论文]-今日电子2006(9) 5.张海鹰.高艳丽.张树团.ZHANG Hai-ying.GAO Yan-li.ZHANG Shu-tuan高精度超声倒车雷达的设计[期刊论文]-电子设计工程2011,19(9) 6.周超.ZHOU Chao具有声光提示双功能的倒车防撞系统设计[期刊论文]-传感器与微系统2011,30(5) 7.滕志军.陈莉.张宇帅.Teng Zhijun.Chen Li.Zhang Yushuai一种语音同步提示的倒车雷达的设计[期刊论文]-电子科技2007(11) 引证文献(3条) 1.苏延霞.杨胜兵基于超声测距的智能泊车系统仿真设计[期刊论文]-湖北汽车工业学院学报 2011(4) 2.孙敏.卢浩.赵伟.蒋碧珠.李晶.曹毓涵超声防撞技术的专利状况分析[期刊论文]-电声技术 2012(z1) 3.莫品光.刘艳红基于超声波的倒车防撞报警系统设计[期刊论文]-传感器世界 2012(6) 本文链接：https://www.360docs.net/doc/137236732.html,/Periodical_ydysg201103025.aspx
激光雷达基础知识
什么是色散呢？ 当光纤的输入端光脉冲信号经过长距离传输以后，在光纤输出端，光脉冲波形发生了时域上的展宽，这种现象即为色散。以单模光纤中的色散现象为例，如下图所示： 如何消除色度色散对DWDM系统的影响： 对于DWDM系统，由于系统主要应用于1550nm窗口，如果使用G.652光纤，需要利用具有负波长色散的色散补偿光纤（DCF），对色散进行补偿，降低整个传输线路的总色散。 光的衍射 光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象，叫光的衍射（Diffraction of light）。 光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。
物理学中，干涉（interference）是两列或两列以上的波在空间中重叠时发生叠加从而形成新的波形的现象。 光的干涉 光的干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象。定义：两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象，证实了光具有波动性。 两束光发生干涉后，干涉条纹的光强分布与两束光的光程差/相位差有关：当相位差为周期的整数倍时光强最大；当相位差为半周期的奇数倍时光强最小。从光强最大值和最小值的和差值可以定义干涉可见度作为干涉条纹清晰度的量度。 只有两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源，才能产生光的干涉。由两个普通独立光源发出的光，不可能具有相同的频率，更不可能存在固定的相差，因此，不能产生干涉现象。 大气气溶胶 大气气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。它们能作为水滴和冰晶的凝结核、太阳辐射的吸收体和散射体，并参与各种化学循环，是大气的重要组成部分。雾、烟、霾等都是天然或人为原因造成的大气气溶胶。 大气气溶胶是悬浮在大气中的固态和液态颗粒物的总称，粒子的空气动力学直径多在0.001～100μm之间,非常之轻,足以悬浮于空气之中，当前主要包括6 大类7种气溶胶粒子，即：沙尘气溶胶、碳气溶胶（黑碳和有机碳气溶胶）、硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶、铵盐气溶胶和海盐气溶胶。 散射特性：气溶胶质点能发生光的散射，这是使天空成为蓝色，太阳落山时成为红色的原因。 多普勒频移 当移动台以恒定的速率沿某一方向移动时，由于传播路程差的原因，会造成相位和频率的变化，通常将这种变化称为多普勒频移。 多普勒效应造成的发射和接收的频率之差称为多普勒频移。它揭示了波的属性在运动中发生变化的规律。 主要内容为：物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移blue shift）。多普勒频移，当运动在波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低（红移red shift）。 多普勒频移及信号幅度的变化等如图所示。当火车迎面驶来时，鸣笛声的波长被压缩（如图2右侧波形变化所示），频率变高，因而声音听起来尖利刺耳。当火车远离时，声音波长就被拉长（如图2左侧波形变化所示），频率变低，从而使得声音听起来减缓且低沉。
倒车雷达毕业论文
倒车雷达毕业论文 基于单片机的超声波倒车雷达设计 1 绪论 1.1课题背景 随着我国经济的飞速发展，交通运输车辆的不断增多，由此产生的交通问题越来越成为人们关注的问题。其中倒车事故由于发生的频率极高，已引起了社会和交通部门的高度重视。倒车事故发生的原因是多方面的，倒车镜有死角，驾车者目测距离有误差，视线模糊等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。而倒车事故给车主带来的许多麻烦，有鉴于此，汽车高科技产品家族中，专为汽车倒车泊位设置的“倒车雷达”应运而生，倒车雷达的加装可以解决驾驶人员后顾之忧，大大降低倒车事故的发生。 超声波倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷,提高驾驶的安全性。倒车雷达的原理与普通雷达一样，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。通过感应装置发生超声波，然后通过反射回来的超声波判断前方是否有障碍物，以及障碍物的距离、大小、方向、形状等。只不过由于倒车雷达体积大小及实用性的限制，目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离，并做出提示。 1.2国内外研究现状 一般认为，关于超声波的研究最初起始于1876年F.Galton的气哨实验，这是人类首次有效产生的高频声波。在之后的三十年中，超声波仍然是一个鲜为人知的东西，由
于当时电子技术发展缓慢，对超声波的研究造成了一定程度的影响。在第一次世界大战中，对超声波的研究逐渐受到重视。法国人Langevin使用一种晶体传感器在水下发射和接收相对低频的超声波。他提出的这种方法可以用来检测水中是否存在潜艇并进行水下通信。 1929年，Sokolov首先提出用超声波探查金属物内部缺陷的建议。相隔2年，1931年Mulhauser获准一项关于超声检测方法的德国专利，不过他并未做更多的工作。4年之后，1934年sokolov首次发表了关于在液体槽子里用穿透法作实物试验的结果，他用了各种方法做了实验，用来检测穿过试件的超声能量，其中之一是用简单的光学方法观察液体表面由超声波形成的波纹。德国人Bergrnann在他的论著《ULTRASONIC》中，详细的论述了有关超声波的大量早期资料，该论著一直被认为是该领域的经典之作。 美国的Firestone首次介绍了脉冲回波探伤仪，使超声波检测技术发展到了更重要的阶段。在各种系统中，这是最成功的一种，因为它有最广泛的通用性，其检测结果也最容易解释。这种方法除可用于手工检测外，还可与采用先进技术的自动系统联用，自第一种脉冲回波仪器问世以来，根据相同的原理，有无数种其他仪器得到了发展，并有许多改进和精化。目前，在超声无损检测中，脉冲回波系统仍是使用最为广泛的一种。 八十年代后期，由于计算机技术和高速器件的不断发展，使超声波信号的数字化采集和分析成为可能。目前国内也相继出现了各类数字化超声波测距设备，并已成为超声波检测的发展方向。厦门大学的某位学者研究了一种回波轮廓分析法。该方法在测距中通过两次探测求取回波包络曲线来得到回波的起点，通过这样处理后超声波传播时间的精度得到了很大的提高。另外，也有大量的文献研究采用数字信号处理技术和小波变换理论来提高传输时间的精度。这些处理方法都取得了较好的效果。 目前国内外在超声波检测领域都向着数字化方向发展，数字式超声波测距系统的发展速度很快。国内近几年也相继出现了许多数字式超声波仪器和分析系统。随着测距技术研究的不断深入，对超声测距系统功能要求越来越高，单数码显示的超声测距系统会带来较大的测试误差。进一步要求以后生产的超声测距仪能够具有双显及内带有单板机的微处理功能。随后具有检测，记录，存储，数据处理与分析等多项功能的智能化检测分析仪相继研制成功。超声仪研制呈现一派繁荣景象。其中，煤炭科学研究院研制的2000A型超声分析检测仪，是一种内带微处理器的智能化测量仪器，全部操作都处于微处理器的控制管理之下，所有测量值，处理结果，状态信息都在显像管上显示出来，并可接微型打印机打印。其数字和波形都比较清晰稳定，操作简单，可靠性高，具有断电
医学中常用的激光器
医学中常用的激光器 自第一台激光器问世后，人们对激光器件及技术进行了大量的研制工作，取得了相当可观的成果。目前能实现激光运转的工作物质达数百种以上，大体上分为气体、固体、半导体、染料等几大类。人们在探索激光产生机理的同时，扩展了激光的频谱范围，几千条谱线遍布于真空紫外到远红外的广阔光谱区域。激光方向性好、强度大，可以使被照物体在1/1000s内产生几千度的高温，瞬间发生汽化。由于激光的物理特性决定了其具有明显的生物学效应，。各种不同的激光具有不同的特性和组织效应，正确认识激光的这些特点，是选择和合理利用激光的基础。 一．气体激光器 气体激光器，按工作物质的性质，大致可分成下列三种：(1)原子激光器：利用原子跃迁产生激光振荡，以氦氖激光器为代表。氩、氪、氙等惰性气体，铜、镉、汞等金属蒸气，氯、溴、碘等卤素，它们的原子均能产生激光。原子激光器的输出谱线在可见和红外波段，典型输出功率为10毫瓦数量级。 (2)分子激光器：利用分子振动或转动状态的变化产生辐射制成的，输出的激光是分子的振转光谱。分 子激光器以二氧化碳(CO 2)激光器为代表，其他还有氢分子(H 2 )，氮分子(N 2 )和一氧化碳(CO)分子等激光 器。分子激光器的输出光谱大多在近红外和远红外波段，输出功率从数十瓦到数万瓦。(3)离子激光器：这类激光器的激活介质是离子，由被激发的离子产生激光放大作用，如氩离子(激活介质为Ar＋)激光器。氦镉激光器(激活介质为Cd＋)等。离子激光器的输出光谱大多在可见光和紫外波段，输出功率从几毫瓦到几十瓦。 气体激光器是覆盖波谱范围最广的一类器件，能产生连续输出。其方向性、单色性也比其他类型器件好，加之制造方便、成本低、可靠性高，因此成为目前应用最广的一类器体。 1、氦氖激光器 氦氖激光器能输出波长为632.8nm的可见光，具有连续输出的特性。它的光束质量很好(发散角小，单色性好，单色亮度大)。激光器结构简单，成本低，但输出功率较小。氦氖激光器在工业、科研、国防上应用很广，医疗上主要用于照射，有刺激、消炎、镇痛、扩张血管和针灸等作用，广泛用于内科、皮肤科、口腔科及细胞的显微研究。 氦氖激光器有三种结构形式：内腔式、外腔式和半内腔式。它们均由放电管、谐振腔、激励电源等三部分组成。以内腔式为例，放电毛细管是产生气体放电和激光的区域，它的内径很小，约在1到几毫米。电极A为阳极，由钨杆或钼(或镍)筒制成。阴极K为金属圆筒，由铝、钼、钽等制成，它们均有足够的电子发射能力和抗溅射能力。组成谐振腔的两块反射镜紧贴于放电管两端，并镀以多层介质膜。其中一个为全反射镜，另一个则为部分反射镜，整个谐振腔在出厂前已调整完毕，因此使用简单、方便。放电管的管径比放电毛细管粗几十倍，用以保持氦氖气压比及加固谐振腔。为了避免放电管变形而引起激光输出下降，内腔管的长度不宜过大，一般不超过一米。外腔式激光器可以更换不同的反射镜，使输出功率最大，光束发散角最小。也可在反射镜和放电管之间插入光学元件，以研究激光器的输出特性，调制它的频率或幅度，并可制成单频大功率激光器。 2、二氧化碳激光器 二氧化碳激光器的能量转换效率达20～25%(氦氖激光器的能量转换效率仅为千分之几)。它的输出波长为10.6微米，属于远红外区，连续输出功率可达万瓦级，常用电激励，结构比较简单紧凑，使用 方便，是目前最常用的激光器之一，在医学上，CO 2激光器作为手术刀使用日益引起人们的重视。CO 2 激 光器也用于皮肤科、外科、神经外科、整形外科、妇科和五官科的手术，在癌症的治疗上也有一定成效。 最常见的封离型内腔式二氧化碳激光器的管壳是由硬质玻璃或石英材料制成的。常见为三层玻璃套管结构，其最内层是放电管，中间层是水冷套，外层是储气管。在内外层之间有气体循环通路，这是为了保证混合气体的均匀分布而设计的。其光学谐振腔通常用平凹球面腔。球面镜可用石英或其他光学玻璃做基片，然后，在表面上镀层金属膜。平面镜是输出窗片，要求它对10.6μm的激光有很好的透过率，且表面不易损伤，机械性能好等。一般中小功率的激光器常常采用锗单晶做输出片，大功率的用砷化镓
激光雷达测距基本知识与其应用
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 引言 (1) 1雷达与激光雷达系统 (2) 2激光雷达测距方程研究 (3) 2.1测距方程公式 (3) 2.2发射器特性 (4) 2.3大气传输 (5) 2.4激光目标截面 (5) 2.5接收器特性 (6) 2.6噪声中信号探测 (6) 3伪随机m序列在激光测距雷达中的应用 (7) 3.1测距原理 (7) 3.2 m序列相关积累增益 (8) 3.3 m序列测距精度 (8) 4脉冲激光测距机测距误差的理论分析 (9) 4.1脉冲激光测距机原理 (9) 4.2 测距误差简要分析 (10) 5激光雷达在移动机器人等其它方面中的应用 (10) 6结束语 (11) 致谢 (12) 参考文献 (12) -
激光雷达测距原理与其应用 摘要:本文简单介绍激光雷达系统组成，激光雷达系统与普通雷达系统性能的对比，着重阐述激光雷达测距方程的研究。针对激光远程测距中的微弱信号检测，介绍一种基于m序列的激光测距方法，给出了基于高速数字信号处理器的激光测距雷达数字信号处理系统的实现方案，并理论分析了脉冲激光测距机的测距误差。了解并学习激光雷达在移动机器人等其它方面中的应用。 关键词：激光雷达；发射器和接收器特性; 伪随机序列; 脉冲激光；测距误差 Applications and Principles of laser radar ranging Student majoring in Optical Information Science and Technology Ren xiaonan Tutor Shang lianju Abstract:This paper briefly describes the composition of laser radar systems, laser radar system and radar system performance comparison of normal, focusing on the laser radar range equation. Laser Ranging for remote signal detection, presents a introduction of a sequence based on laser ranging method m, gives the high-speed digital signal processor-based laser ranging radar digital signal processing system implementations, and theoretical analysis of the pulse Laser rangefinder range error.We understand and learn application of Laser radar in the mobile robot and other aspects. Key words：Laser radar; Transmitter and receiver characteristics；Pseudo-random sequence；Pulsed laser；Ranging error. 引言：激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物，激光具有亮度 高、单色性好、射束窄等优点,成为光雷达的理想光源,因而它是目前激光应用主要的研究领域之一。激光雷达是一项正在迅速发展的高新技术，激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，使激光雷达成为一类具有多种功能的系统。利用激光作为遥感设备可追溯到30多年以前，从20世纪60年代到70年代，人们进行了多项试验，结果都显示了利用激光进行遥感的巨大潜力，其中包括激光测月和卫星激光测距。激光雷达测量技术是一门新兴技术，在地球科学和行星科学领域有着广泛的应用.LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)是激光探测及测距系统的简称，通常指机载对地激光测距技术，对地激光测距的主要目标是获取地质、地形、地貌以及土地利用状况等地表信息。相对于其他遥感技术，LIDAR的相关研究是一个非常新的领域，不论是在提高LIDAR数据精度及质量方面还是在丰富LIDAR数据应用技术方面的研究都相当活跃。随着LIDAR传感器的不断进步，地表采点密度的逐步提高，单束激光可收回波数目的增多，LIDAR数据将提供更为丰富的地表和地物信息。激光测距可分为星载(卫星搭载)、机载(飞机搭载)、车载(汽车搭载)以及定位(定点测量)四大类，目前激光测距仪已投入使用,激光雷达正处在试验阶段,某些激光雷达已付诸实
激光雷达的选择
激光雷达的选择 刘燕京博士 激光雷达主要部件包括：二维激光扫描仪，GPS,IMU 二维激光扫描仪：二维激光扫描仪是激光雷达的核心部分。 二维激光扫描仪的激光特点 用于激光雷达的二维激光扫描仪的激光器所输出的激光波形有两种：一种是脉冲式的，另一种是连续波（continuous wave, CW）。脉冲式的激光器一般是半导体激光器，或用半导体激光器泵浦的Nd-YAG (neodymium-doped yttrium aluminium garnet, Nd:Y3Al5O12)激光器。他们的特点是输出的功率大，峰值功率可达到几MW。Optech和莱卡公司使用的是Nd-YAG激光器，波长为1064 nm，安全等级为IV级;而Riegl和TopSys 使用的是波长为1550nm的半导体激光器，安全等级为I级。安全等级为I级的激光器即使在面对面使用是也不会对人眼和动物的眼睛造成伤害。 脉冲式激光雷达的测距分辨率⊿H由公式 ⊿H=C·t P/2 给出。C是光速，t P是光的一个脉冲周期时间。 一个脉冲光在一个周期时间里所通过的距离：脉冲宽度Lp=2⊿H。 如果t P=1ns, Lp=300mm; 如果t P=1ns, Lp=3m。
脉冲宽度越短，测距的分辨率越高 一般：t rise=1ns。 激光器的峰值输出功率E p一般是2000W,那么每发射一个脉冲光所需要的能量E为E=E p·t P=2000W·10ns=20μj 因而，如果激光器的发射频率f为10,000赫兹，所需要的激光器的发射功率为 P=E·f=0.2W。如果f为100,000赫兹，所需要的激光器的发射功率为2W。 目前市场上的二维激光器的距离测量精度在1000米的距离时为2厘米—5厘米。 光的色散 我们都知道，光会产生色散现象。我们平时经常会看到，汽车的大灯随着光照距离的增加，其射出的光斑越来越大，这就是色散。 激光是目前所有已经知道的光中发散度最小的。通常我们用弧度来表示光的色散γ。如果我们以激光器的光窗的孔径为D,激光的波长为λ，光的色散大小的极限值与光衍射相关。当超过它的极限时，光斑会出现模糊。因而， γ≧2.44λ/D 也就是说，如果激光器的发射光窗不变，光的色散随着光的波长的增加而增大；如果光的波长不变，光的色散随着光窗的增加而减小。 例如：如果光的波长为1060nm, 光窗的直径为100mm,那么，光的色散为0.26mrad。 如果光的波长为1550nm, 光窗的直径为100mm,那么，光的色散为0.38mrad。 通常，激光器的发射和接收光窗的直径D为5-15厘米。 打到地面的光斑的直径D L由上图推出 D L=D+2h(tanγ/2)= 2h(tanγ/2)= 2hγ/2= hγ 我们以0.3mrad来举例说明它的意义。 当测量距离为100米时，光斑的直径为30mm;当测量距离为1,000米时，光斑的直径为300mm。 一般讲，光斑越小，激光的空间分辨率越小。 连续波激光器一般用于卫星遥感或高空遥感。 目前市场上常用激光雷达的激光器及其最大发射频率。 目前市场上的激光雷达的激光发射的最大频率范围为10,000赫兹—240,000赫兹。均为Riegl公司所生产。Optech公司和莱卡公司的激光器的最大发射频率分别是160,000赫兹和150,000赫兹。TopSys的是125,000赫兹。在上个月在北京召开的的2008 ISPRS 会议上，徕卡公司推出了新的ALS60系统，其激光器的最大发射频率为200,000赫兹。另外，根据内部消息，Riegl公司也将在9月底的2008 INTERGEO会议上推出新的激光雷达系统。 莱卡和Optech公司采用的是大功率的波长为1064纳米的安全等级为IV级（I级是最安全的，II级以上越来越不安全）的Nd-YAG激光器。当低空飞行时，就必须增大激光的光斑，并且采用强度衰减器来降低输出激光的强度。
不同波长激光的特性
不同波长激光的特性 蓝绿激光：穿透深度最浅，作用与视网膜内层和外层，主要被RPE吸收，如氩激光。 绿色激光：组织穿透力比蓝光强，被血红蛋白和RPE吸收，57%被RPE吸收，47%被脉络膜吸收。 黄激光：视网膜神经纤维层的弥散很少，穿透力强，黄色激光被RPE层和脉络膜内层的吸收各占50%。 红光和红外激光：穿透力最强，主要作用于脉络膜中、外层的激光。红色激光随波长的增加被脉络膜的吸收逐渐增加。 不同组织的吸光波长 1.激光波长从400~950nm在眼内的穿透性可以达到95%。RPE和脉络膜在波长450~630nm是 吸收率可以达到70%。随着波长的增加，吸收率很快下降，因而氩激光（蓝绿）激光和532激光是眼内最常使用的激光光谱。 2.血红蛋白对光的吸收特性： 在波长400~600nm（蓝到黄的部分），血红蛋白有较高的吸收率，而600nm以上（红和接近红外）的波长很受被血红蛋白吸收，所以有视网膜下出血时可选用600nm（红）以上的激光。 3.叶黄素的吸收特性： 叶黄素是锥体细胞的感光色素，对480nm一下的波长有较高的吸收峰，容易造成叶黄素的破坏，为了避免损伤，用绿色以上的波长对视锥细胞较安全，其中810激光对其损伤最小。 眼科激光的分类 眼科激光分气体、液体和固体激光三大类 ,其中气体激光又分分子(CO2 分子) 、原子(氦氖原子)和离子(氩离子及氪离子)激光三种。液体激光有染料激光。固体激光有红宝石激光 ,Nd：YAG激光 ,半导体激光。应用途径有眼内和眼外 2种途径。眼内激光是在玻璃体手术时眼内使用。眼外激光使用途径有2 种, 一种为经过瞳孔的,另一种是经巩膜的。 眼底光凝治疗的原理 眼底病进行光凝治疗的原理是: 激光被眼底之色素吸收后产生热能。热能使它作用的组织发生变化, 从而达到治疗目的。眼底吸收激光的物质主要为黑色素, 其次为叶黄素的血红蛋白。眼底含有黑色素的组织为视网膜色素上皮和脉络膜。这些色素和血红蛋白对不同波长光的吸收曲线是激光光凝的依据。眼底色素吸收激光后产生的热能可以使组织凝固、坏死及发生炎症, 继而机化从而达到使组织粘连, 还可以直接使视网膜上的新生血管和微血管瘤封闭, 直接破坏产生新生血管生长因子的视网膜组织和视网膜及脉络膜上的肿瘤组织。 激光光凝四要素 激光技术四要素是指波长，光斑大小，曝光时间和输出功率 ,这是完成眼底激光治疗技中十分重要且不能忽视的问题 ,是与治疗效果十分相关的因素,是保证实现视网膜有效光斑的关键。 波长选择的原则 波长的选择主要由病变部位和性质决定 ,当具有多种波长激光时 ,可以选择最合适的激光波长但当只有单波长激光时 ,选择的余地不存在,可发挥其他参数的功能. 氩激光（蓝绿激光）：主要作用于视网膜内层和外层。如糖网，静脉阻塞，EALES,视网膜裂孔等选择绿色以上的波长，临床多使用绿光。
激光雷达测量系统介绍
激光雷达测量系统介绍 数据事业部李谨Lidar (Light Detecting And Ranging)技术是一种利用光束来探测物体和测定距离的高科技集成系统，代表着当前数码测绘技术的前沿。机载GPS提供Lidar系统的空间位置，惯性测量系统提供Lidar激光的方向，激光系统提供激光脉冲，计算机系统提供高速、大规模数据存储空间与处理能力。近年来，国内外学者对于lidar的应用做了大量的研究。其主要研究集中在lidar数据的矫正和匹配问题、基于近距离小功率lidar测距器的目标的表面重建研究，以及基于正射影像或遥感影像的房屋建模研究等等。 一．Lidar技术产生背景 激光是60年代发展起来的一门崭新的学科。40年来，经过基础理论和应用技术研究，目前已经进入全面发展和应用阶段。激光技术的发展和应用不仅使古老的光学技术别开生面，而且广泛渗透到各个学科。它已成为科学技术领域中强有力的研究工具和行之有效的手段，带动和促进了科学技术的发展。 利用激光作为遥感设备，可追溯到30多年以前。从20世纪60年代到70年代这段时期,人们进行了多项试验,结果都显示了利用激光进行遥感的巨大潜力,其中包括激光测月和卫星激光测距。美国早在20世纪70年代阿波罗登月计划中就应用了激光测高技术。20世纪80年代末,以机载激光扫描测高技术为代表的空间，对地观测技术在多等级三维空间信息的实时获取方面产生了重大突破。随着相关技术的发展和社会需求的不断扩大,机载激光扫描测高技术的发展日新月异。机载激光扫描测高系统能够快速获取精确的高分辨率数字地面模型，以及地面物体的三维坐标，进而获取地表物体的垂直结构形态。同时，配合地物的视频或红外成像结果,增强了对地物的认识和识别能力,在摄影测量与遥感及测绘等领域具有广阔的发展前景和应用需求。机载激光扫描测高技术的发展，为获取高时空分辨率的地球空间信息，提供了一种全新的技术手段。使人们从传统的人工单点数据获取，变为连续自动数据获取,提高了观测的精度和速度，使数据的获取和处理逐渐向智能化、自动化方向发展。二．Lidar技术的发展与现状 20世纪80年代,激光测量得到了迅速发展,包括当时美国NASA研制的大气海洋LIDAR系 统以及机载地形测量设备等机载系统。但机载、空载激光扫描测高技术直到最近十几年才取得重大进展,研制出精确可靠的激光测高传感器,包括航天飞机激光测高仪、火星观测激光测高仪，以及月球观测激光测高仪。利用它们可获取地球表面、火星表面及月球表面的高分辨
双波长激光雷达反演技术
双波长激光雷达反演技术 John F. Potter 提出一种用于反演激光雷达回波的数据分析技术并用模拟数据进行测试。这种技术需要同时有两个频率上的雷达回波，且满足以下假设：()1在激光光束路径上后向散射与消光的比值不随空间发生改变()2在激光光束路径上，两个不同频率脉冲的消光因子之比也不随空间发生改变。当雷达脉冲路径上大气分子的散射可被忽略，且气溶胶是由同一种粒子组成时，这些假设可以成立。模拟数据对应的是激光雷达探测1km内光学厚度为1的均匀分布的气溶胶的探测数据。通过分析能确定的物理量有透过率T，两个频率的消光因子之比k及两个频率上的消光廓线。这些量中的误差严重依赖于数据中的噪声水平。当用100个激光脉冲平均来减少噪声时，T和k的有效误差分别为1.93和1.54%，消光廓线中的最大误差为6%。附录将会对考虑大气分子三者的情况进行合理的扩展。 β Ⅰ.介绍()R α之类的大通过数学方法反演激光雷达回波以获得例如后向散射系数和消光系数()R 气光学特性系数廓线是激光雷达研究中长期存在并亟待解决的问题。如果能够有独立探测雷达脉冲路径上某些点的消光系数或整条路径上的总透过率的探测方法那我们就能够得到反演数据，但是通常我们并没有这样的探测方法。 在没有辅助数据的情况下，为了得到结果许多方法被开发出来。它们都涉及到对大气的物理性质的假设。在时下最流行的斜率法中通过假设α是在一定间隔内围绕雷达脉冲路 α。Klett已经详细地讨论过这种方法及径上距离为R的某一点的常数以估计这一点的()R 其相关的方法。Spinhirn e等人提出了一些稍微不同的方法。在这种方法中雷达回波通过对不同仰角的探测而获得，例如斜径，且这些反演是在基于假设大气在水平方向上是一致的情况下做出的。 上述的方法都依赖于一些假设假设，即假设气溶胶有某一特定密度分布。由于气溶胶的分布可变性很强，因此对不使用这些假设的方法的研究是一热点问题。 本文要介绍的就是这样一种方法，它需要两个频率上的模拟雷达回波，并且基于以下假设： ()a在激光光束路径上后向散射与消光的比值在空间上平均分布。
倒车雷达系统的设计
倒车雷达系统的设计 【摘要】倒车雷达（Car Reversing Aid Systems）的全称是“倒车防撞雷达”, 也称“泊车辅助装置”,是汽车泊车安全辅助装置, 能以声音或者更为直观的显 示告知驾驶员周围障碍物的情况,解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视 所引起的困扰,并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷,提高了安全性。本文介绍基于单片机控制的倒车雷达系统，由单片机控制时间计数，计算超声波自发射至接收的往返时间，利用声波在空气中的传输速度，从而得到实测距离。 再根据障碍物与车尾的距离远近情况发出警报。 【关键词】单片机，超声波测距，倒车雷达，超声波换能器。 【前言】随着我国汽车产业的高速发展，尤其是近几年来，我国开始进入私家车时代，汽车的数量逐年增加，造成公路、街道、停车场、车库等越来越拥挤。汽车驾驶员越来越担心车的安全了，其中倒车就是一个典型。本文设计的倒车雷达预警系统主要是针对汽车倒车时人无法目测到车尾与障碍物体的距离而开发设 计的。该系统将单片机技术与超声波的测距技术、传感器技术等相结合，可以测到汽车倒车中，其障碍物与汽车的距离，通过LED 显示屏显示距离，并根据远近发出警报。 一、超声波测距原理 超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。 测距的公式表示为：L=C×T 式中L 为测量的距离长度；C 为超声波在空气中的传播速度；T 为测量距离传播的时间差(T 为发射到接收时间数值的一半)。 超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。 由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到