半导体激光主动成像雷达扫描成像实验
扫描成像跟踪激光雷达
扫描成像跟踪激光雷达屈恒阔;张清源;阮友田【摘要】设计了一种基于激光图像跟踪的激光雷达系统来实现目标的跟踪测量。
该系统通过激光光束二维扫描,形成包含距离和角度信息的三维图像,由测量视场内运动目标的几何中心与视场中心的角度偏差获得脱靶量,利用脱靶量驱动伺服机构使目标几何中心处于雷达扫描视场中心,从而实现目标的实时跟踪,并输出目标距离和角度信息。
实测结果表明：采用设计的激光雷达系统对距离900 m的目标进行测量,测距精度优于0.25 m,角跟踪精度优于0.07°,角跟踪能力优于1.2（°）/s,实现了快速捕获目标、高精度跟踪测量和系统小型化等既定目标。
%In order to realize tracking and measurement for targets,a laser radar system based on image tracking is designed.The system produces a three dimension image with distance and angle information by a two dimension mechanically scanning of laser beam.It uses the miss distance,difference of azimuth and the pitch between the center of moving target and the field of view of scanning to drive the servo mechanism to keep the target in the center of sight to track the target in real time.At the same time,the valuable information of distance and angle is exported.Through a series of experiments on the system,it shows that for the target at the distance of 900 m,the accuracies of distance measuring and angle tracking are better than 0.25 m and 0.07°,respectively,and the ability of tracking is better than 1.2（°）/s.The system achieves the system miniaturization,fast acquisition targets,high accuracy measurement and tracking.【期刊名称】《中国光学》【年(卷),期】2012(005)003【总页数】6页(P242-247)【关键词】激光雷达;扫描成像;自主跟踪;图像处理【作者】屈恒阔;张清源;阮友田【作者单位】中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南郑州450047;中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南郑州450047;中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南郑州450047【正文语种】中文【中图分类】TN958.981 引言激光雷达从功能上可分为激光测角和跟踪激光雷达、扫描成像跟踪激光雷达。
激光主动照明成像技术_分析和实验证明_王智
后向散射和目标反射的总功率 , 反映了后向散射的
影响 。如果需要研究后向散射对目标识别的影响 , 还
必须考虑望远镜焦平面的成像设备 , 本实验的接收
装置为 CCD 摄像机 , 还必须知道散射体和目标在探
测器对应像元上的辐射功率 , 从而可以对后向散射
引起的 辐射背景 对目标照 明的影 响加 以分析 。设
φ)
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(10)
我们通过对 ηi 的分析 , 可以看出大气的后向散射对 目标照明的影响程度 。当 ηi >1 时 , 后向散射干扰已 经淹没了目标 , 即噪声大于有用的信号 , 通常取 η0i =1 为临界影响系数 。
1.2 成像系统组成
激光主动照明成像系统由以下几个部分组成 : 激光发射装置 ;激光接收望远镜 ;数据采集 、处理和 输出显示系统 。图 2 所示是激光主动照明成像系统 的示意图 。目前在国防科技中应用较广泛的激光波 段有两个 :钇铝石榴石(Y AG)激光的 1.06 μm 和二氧 化碳(CO2)激光的 10.6 μm , 前者主要用于激光测距
传输的目的 。随着激光成像技术的研究 , 成像距离 越来越远 , 使用领域越来越宽 。 不仅在军事上用于 侦察 , 还用于海岸巡逻 , 海上搜索和救援 , 安全部 门用于对可疑分子监视 。
1 激光主动照明成像系统分析
对于短距离范围的主动成像系统设计是相当简 单的 , 激光器工作于光斑模式 , 光照明于整个探测 器焦平面阵列的可视实时域 。接收器产生可连接电 视系统的图像序列 。这种系统有以下好处 :(1)简 单 ;(2)在场景中 , 能允许实时地观察运动物体和 运输工具 。 对于更长的距离 , 由于受大气的干扰 , 连续的散粒噪声影响 , 雾气的后向反 射等限制因 素 , 工作在这种模式下是不可能的 。 往往需要多次 曝光和处理来产生整个景像的单帧图像 。 在这种情 况下 , 获取整个景像的完整图像所需要的时间和图 像保真度之间应该有一个平衡 。
MSM激光距离成像雷达系统设计与实验研究
外 杂散 频率 ， 最终 获得宽 带线性 调频 信号 ， 一路作 为 本 征信 号送至 ＭＳ 探测 器 ， Ｍ 另一路信 号用 于调 幅激
光 发射器 光功 率调制 。
分
别 为 线性 调 频 带 宽 的 频 率 上 限 及 下 限 ， 频 带 宽 调
目标 距离 为： （） １
ＭＳ 激光 距 离 成像 雷 达 系统 设 计 与 实验 研究 Ｍ
余 明权 ， 高剑波 ， 照勋 ， 方 张 华 ， 李海廷 ， 路英 宾 ， 陈德 章 ， 卿光 弼
（ 南 技 术 物 理研 究 所 ， 西 四川 成 都 ６ ０４ ） １０ １
摘 要 ： 阐述 ＭＳ 激 光距 离成像 雷达 测距 成像基 本 原理 ， Ｍ 设计 并 搭建 了构 成 雷达 系 统核 心 的 调 频信号发 生器 、 调幅激 光发 射器及 ＭＳ 自混频探 测 电路 ， Ｍ 选取 ＭＳ 探测 器上 某成像 单元进 Ｍ 行 雷达 测距 性能及 距 离分 辨率 实验 ， 证 了线 性调 频 带宽 约 ４ ０ ＭＨ 验 ０ ｚ时 距离 分 辨率 ０ ３ ５ ｍ ． ７ 的设 计指标 ， 雷达 样机 下 一步实现 距 离成 像奠定 了技术 基础 。 为 关键词 ： 频信 号发 生器 ； 幅激光发 射器 ； Ｍ 自混频探 测 电路 ； 调 调 ＭＳ 线性调 频带宽 ； 离分辨 率 距
ｌｓ ｒ ｒ ｎ ｅ ｉ ａ ｉ ｇ ｒ ｄ ｒ ａ ｅ ａ ｇ ｍ ｇ ｎ ａ ａ
ＹＵ Ｍｉｇｑ ａ Ｇ ｉｎｂ ， ＡＮＧ Ｚ ａ －Ｌ Ｚ ｎ — ｕ ｎ， ＡＯ Ｊａ — ｏ Ｆ ｈ ｏｘｔ ＨＡＮＧ ａ ｎ，Ｈ Ｎ Ｄ － ａ ｇ Ｑ Ｎ ｕ ｎ —ｉ Ｉ ｉｉｇ Ｌ ｉｇｂ Ｃ Ｅ ｅｚ ｎ ， Ｉ Ｇ Ｇ ａ ｇｂ Ｈ ｔ ｎ ｈ
成像激光雷达技术概述
成像激光雷达技术概述想象一下，一辆无人驾驶汽车在繁忙的都市中自由穿梭，智能地避让行人、车辆，准确地判断路况，安全地到达目的地。
这一切都离不开一种神秘的技术——成像激光雷达技术。
成像激光雷达技术是一种通过发射激光并接收反射信号，快速获取目标物体详细信息的技术。
它具有高精度、高速度、高分辨率等优点，成为无人驾驶、智能交通等领域的关键技术之一。
成像激光雷达技术的原理可以归结为“激光雷达扫描”。
首先，激光发射器会发射出一定波长的激光束，光束经过光学系统后，会形成一定的光路。
随后，激光束打到目标物体上，并反射回来。
反射信号被接收器捕获后，通过高速数据处理器进行处理，最终形成具有高清晰度的三维图像。
成像激光雷达技术具有以下特点：1、精度高：激光雷达的测量精度远高于传统的传感器，能够清晰地识别出目标物体的形状、大小和距离等信息。
2、速度快：激光雷达的扫描速度非常快，能够在短时间内获取大量数据，从而实时更新目标物体的位置和姿态。
3、成本适中：相较于其他高级传感器，成像激光雷达技术的成本较为适中，适合大规模应用和推广。
4、抗干扰性强：激光雷达的信号为定向光束，不易受到环境光的干扰，保证了测量的稳定性和准确性。
成像激光雷达技术在各类应用场景中都有着广泛的实际应用。
在智能交通领域，成像激光雷达技术能够实时监测道路状况、车辆流量等信息，为智能交通管理系统提供重要依据。
在无人驾驶领域，成像激光雷达技术可以帮助车辆进行精确的障碍物识别、路径规划以及自主导航，提高无人驾驶的安全性和可靠性。
此外，成像激光雷达技术在无人机、机器人等领域也有着广泛的应用，能够实现自主导航、环境感知等功能。
未来，成像激光雷达技术将继续发挥其重要作用。
随着技术的不断进步，激光雷达的扫描速度、分辨率和可靠性等方面将得到进一步提升。
随着5G、物联网等技术的快速发展，成像激光雷达技术将在更广泛的领域得到应用，例如智慧城市、安全监控等。
此外，随着和机器学习等技术的不断发展，成像激光雷达技术将能够实现更高级别的自动化和智能化。
多光谱探测与激光多光谱探测技术的进展
ｉ喇ｉｎｇ 函ｄ删ｅｉｏｐⅡ瑚１｜ｏｆ ｄｅｔ．ｅ雕ｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ０ｆ ｋｅｒ ｍｍ蛙一举ｅｃ勘ｍ∽哪ｌｉｎｇ
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由于主动装置与被动装置相比具有更可靠的遥感 信息源，所以与此同时主动卫星系统也发展起来了。
万方数据
１９９５年１１月，加拿大发射了ＲＡＤＡＲＳＡＴ雷达卫星， 采用合成孔径雷达，可以获得高空间分辨率和时相分 辨率的图像，扫描图像幅宽为４５ｋｍ一５００ｋｍ，分辨率 为１０ｍ～１００ｍ，并能以很快的速度将信息传给地面。
如图１所示，激光多光谱扫描成像系统主要包括 激光发射系统、扫描系统、接收系统、图像处理和数据 融合等。
分束
篆窟：：：一．Ｉ 憔攀
图ｌ 激光多光谱扫描成像系统
其中主要的关键技术包括多色激光光源的获取、 光学系统设计与控制系统设计以及后期的实时图像处 理技术。根据目前的发展现状来看，只要解决了多色 光源的获取这一难题，相应的光学系统设计和控制系 统设计与后期实时图像处理等问题并不难实现。
引言
多光谱探测技术源于遥感技术，系非接触式感知 目标的探测方式，齄嘲Ｅ一定距离之外探测、识别和测量 需要研究的鹾标，获得其相关的有用信患。当太麓和 诸如激光器等人造辐射源辐照目标物体时，物体就能 反射、辐射和吸收电磁波，不同的物体或网一物体在不 同环境Ｆ对电磁波的反射、辐射和吸收其有不同的规 律性，称为物体的波潜特性。正是利用物体具有唯一 姻渡谱这一特性，通过将标准曲线与实际搽测中获得 的判读嗨线进行比较，从而确定目标物体的物理和化
光信息专业实验报告：半导体泵浦激光原理实验 (3)
hvE21 (a)21(b)2E1(c)图1 光与物质作用的受激吸收过程光信息专业实验报告：半导体泵浦激光原理实验【实验目的】1.了解与掌握半导体泵浦激光的原理及调节光路的方法2.掌握腔内倍频技术，并了解倍频技术的意义3.掌握测量阈值、相位匹配等基本参数的方法【实验仪器】1.808nm半导体激光器P≤500mW2.半导体激光器可调电源电流0～500mA3.Nd:YVO4晶体3×3×1mm4.KTP倍频晶体2×2×5mm5.输出镜（前腔片）φ6 R=50mm6.光功率指示仪2μW～200mW 6挡【实验原理】一、光与物质的相互作用光与物质的相互作用可以归结为光子与物质原子的相互作用，有三种过程：受激吸收、自发辐射和受激辐射。
1.受激吸收如果一个原子，开始时处于基态，在没有外来光子的情况下，它将保持不变。
如果一个能量为hv21的光子接近，则它吸收这个光子，跃迁上激发态E2。
在此过程中不是所有的光子都能被原子吸收，只有当光子的能量正好等于原子的能级间隔E1-E2时才能被吸收。
2.自发辐射处于激发态的原子寿命很短（一般为10－8～10－9秒），在不受外界影响时，它们会自发地返回到基态，并释放出光子，辐射光子能量为hv=E2-E1。
自发辐射过程与外界作用无关，是一个随机过程，各个原子的辐射都是自发的、独立进行的，因而不同原子发出来的光子的发射方向和初相位是不相同的。
由于激发能级有一个宽度，所以发射光的频率也不是单一的，而有一个范围。
3.受激辐射处于激发态的原子，在外界光场的作用下，会吸收能量为E 2-E 1的光子，从而由高能态向低能态跃迁，并向外辐射出两个光子。
只有当外来光子的能量正好等于激发态与基态的能级差时，才能引起受激辐射，且受激辐射发出的光子与外来光子的频率、发射方向、偏振态和相位完全相同。
激光的产生主要依赖受激辐射过程。
二、激光器的组成激光器主要由工作物质、泵浦源、谐振腔三部分组成，如果要实现激光倍频，还需要在谐振腔内部加入倍频晶体。
实验报告半导体激光实验
一、实验目的1. 了解半导体激光器的基本原理和光学特性；2. 掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节；3. 根据半导体激光器的光学特性考察其在光电子技术方面的应用；4. 熟悉WGD6光学多道分析器的使用。
二、实验原理1. 半导体激光器的基本结构半导体激光器，全称为半导体结型二极管激光器，是一种利用半导体材料作为工作物质的激光器。
其基本结构包括工作物质、谐振腔和激励能源。
工作物质通常采用V族化合物半导体，如GaAs、MoSb等；谐振腔由两个平行端面构成，起到反射镜的作用；激励能源有电注入、光激励、高能电子束激励和碰撞电离激励等。
2. 半导体激光器的阈值条件半导体激光器的阈值电流是各种材料和结构参数的函数。
在满足阈值条件时，半导体激光器才能产生激光。
阈值电流表达式为：\[ I_{th} = \frac{L}{\eta} \frac{P}{h\nu} \]其中，\( I_{th} \) 为阈值电流，\( L \) 为有源层长度，\( \eta \) 为内量子效率，\( P \) 为注入功率，\( h \) 为普朗克常数，\( \nu \) 为发射光的真空波长。
3. 半导体激光器的光学特性半导体激光器的光学特性主要包括单色性好、高亮度、体积小、重量轻、结构简单、效率高、寿命长等。
三、实验仪器与设备1. 半导体激光器及可调电源；2. WGD6型光学多道分析器；3. 可旋转偏振片；4. 旋转台；5. 多功能光学升降台；6. 光功率指示仪。
四、实验步骤1. 搭建实验系统，连接各仪器设备；2. 调节可旋转偏振片，观察偏振光的变化；3. 调节旋转台，观察光斑在屏幕上的变化；4. 调节多功能光学升降台，观察光功率指示仪的读数；5. 使用WGD6型光学多道分析器，对半导体激光器的光谱进行测量；6. 记录实验数据，分析实验结果。
五、实验结果与分析1. 通过调节可旋转偏振片，观察到偏振光的变化，验证了半导体激光器的偏振特性；2. 通过调节旋转台，观察到光斑在屏幕上的变化，验证了半导体激光器的准直特性；3. 通过调节多功能光学升降台，观察到光功率指示仪的读数变化，验证了半导体激光器的功率特性；4. 使用WGD6型光学多道分析器，对半导体激光器的光谱进行测量，得到激光波长、线宽等参数，进一步验证了半导体激光器的光学特性。
半导体激光特性实验实验报告
实验数据的记录与整理： 实验数据的记录与整理：
I(mA) P1 P2 P（平均） (uW) 2.5 0 0 0 3 0 0 0 3.5 0.1 0.1 0.1 4 0.1 0.1 0.1 4.5 0.2 0.2 0.2 5 0.2 0.2 0.2 5.5 0.3 0.3 0.3 6 0.4 0.4 0.4 7 0.5 0.5 0.5 8 0.7 0.7 0.7 9 0.9 0.9 0.9 10 1.2 1.2 1.2 11 1.3 1.4 1.35 12 1.6 1.7 1.65 13 2 2 2
742444271486010正发散角的测定数据图1001002003004005001005050100转动角度a20ma转动角度2320151051015202225puw003004011044092336146046023004003003a40ma转动角度403530252015105puw015055067064101318318333转动角度10152025303540puw28733774234149062044017侧横场发散角的数据图50100150200250300350400604020204060转动角度a40maa20ma光平行于平台时偏振角度102030405060708090puw145913913011118912677459265142087偏振角度100110120130140150160170180puw1162274076238271092131214521494光垂直于平台时偏振角度102030405060708090puw04913439779912581714218257284295偏振角度100110120130140150160170180puw2862622241724124978537513605半导体激光器的偏振度测量数据图a30ma10152025303550100150200偏振角度光平行于平台时光垂直于平台时电流i40ma半导体的激光器的输入功率对光谱的影响在这个实验中可以看作半导体激光的注入电流对光谱的影响
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激
光
技
术
３ 成 像 试 验 研 究
作 用 距 离 和 成 像 质 量 是 评 价 激 光 成 像 雷 达 性 能 的 两 个 重 要 指 标 。 我 们 目前 尚未 做 外 场 实 验。 现 有实验 全部 在室 内完成， １ ０ ｍ 远 的 实验 距 离 尚未 达 到 计 算 得 出 的 最 大 作 用 距 离 。 本 雷 达 系统 的光源脉 冲平均 功率虽 然仅 为 １ ０ ｍＷ ， 但 结 构 简单 ， 光 路元件较 少 ， 损 耗 较 少 另外 ， 本 系 统 中 光 束 经 扫 描 后 形 成 的准 均 匀 点 阵 直 接 照 射 目标 ， 减 少 了 成 像 过 程 中 引起 图像 失 真 的 因 素 。 本 系统 实验 中， 行扫 描器 由 １ ６ ０ Ｈｚ 简谐波 控制 做简谐扫描 ， 帧扫 描器 做 ５ Ｈｚ三 角 波 扫 描 ， 激 光 器 发 射 时 间 不均 匀 脉 冲 ， 以保 证 扫 描 点 阵 的 空 间 均 匀 性 ， 脉冲 发 射时 间经 过 计算 得 出 ， 关 于 计 算 方 法 我 们 有 文 献 报道 。
成向阳 李 宁 王海虹 尚铁粱 王 蒜
（ 哈 尔滨 工 业大 学 光 电子 技 术研 究所 ， 哈 尔滨 ， １ ５ ０ ０ ０ １ １ 摘要 ：对 激光 主 动 成像 雷 达做 了一些 初 步 的理 论 与 实验 研 究 ， 建 立 了一 个 半 导 体 激 光 扫 描 戚
（ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｏ ｐ ｔ ｃ － Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ，Ｈａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ［ ｏ ｇ ｙ ， Ｈａ ｒ ｂ ｉ ｎ ， １ ５ ０ ０ ０ １ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｏｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｏ ｎ ｅ Ｏ ｌ ｌ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｄ ａ ｒ ． Ａ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｗａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｍｏ ｓｔ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｅ ￣ ｓ ｔ ａ ｈ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ． Ｏｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｒ ａ ｄ ａ ｒ ｄ ｓｔ ｉ ａ ｎ ｃ ｅ
是 Ｇ ＤＢ ２ ４ ， 暗 电流为 １ ０ ｎ Ａ。根 据 （ ３ ） 式， 由需 要 的 最 小 信 噪 比可 求 出最 小 可 探 测 功 率 ， 再 根据
（ ２ ） 式可求 出最大作 用距离 。
２ ． ３ 计 算 结 果
本 系统 中发 射功率 Ｐ 为１ ０ ｍ Ｗ； 光 路元件 少且 距 离较 短 ， 了 ＇ ． 了 ＇ ； 取为 ０ ． ３ ； 反 射 系数 平均
Ａ ｂ ， 即ｒ ＝ｌ ， 这时． 方程（ １ ） 可写为：
２ ． ２ 本 系 统 最大 作 用 距 离 的 估算
Ｐ ＝ Ｐ Ｔ 【 了 ＇ ； Ｐ ｌ Ａ／Ｒ
（ ２ ）
为 求 本 雷 达 演 示 系 统 的最 大 作 用距 离 ， 须 求 出 系 统 的 最 小 接 收功 率 。 本 系 统 采 用 的 是 光 电倍 增 管 接 收 ， 属 于能 量检测 ， 为 了计算简便 ， 只考虑 信 号散 粒 噪声 和 暗 电流 噪声 而 忽略背 景
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第 ２ ５卷
第 ６期
激
光
技
术
Ｖ ｏ１ ． ２５．Ｎｏ． ６ Ｄｅ ｃ ｅ ｍ ｂｅ ｒ ． ２ ００ｌ
２ ０ ０ １年 １ ２月
ＬＡＳ ＥＲ ＴＥＣＨＮ ＯＬｏＧＹ
半 导 体激 光 主动 成 像 雷 达 扫描 成 像 实 验
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｉ ｄ） ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｓ ｃ ａｎｎｉ ｎ ｇ ｉ ｍａ ｇｉ ｎ ｇ ａ ｃｔ ｉ ｖ ｅ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎ ｇ ｏ ｅ ｒ ｐ ａｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｓ ｔ ａｎ ｃｅ
引
言
主 动 成 像 已成 为 现 在 及 今 后 一 段 时 期 ， 激 光 雷 达 的 主 要 研 究方 向 ＿ ｌ ・ 。 国 外 已经 有 了 一
些 成 型 的 产 品投 放 市 场 ， 甚 至 装 备 部 队 － ｜ ］ ， 而 国 内 还 只做 了 一 些 概 念 性 研 究 。 我 们 对 激 光 主 动 成 像 雷 达做 了 一 些 初 步 的 理 论 与 实 验 研 究 ， 建立 了一个激 光扫描成 像演示 系 统， 并在 实 验 室 做 了成 像 实 验 。 该 演 示 系统 采 用 收 发 分 置 、 激光脉 冲发射 、 二维 扫描 、 能量接 收 、 电 脑 实 时 显 示 的工作方 式。光源 是 中心波 长为 ６ ５ ０ ｎ ｍ 的 可 见光 半 导 体 激 光器 ， 扫 描 器 是 检 流 计 式 扫 描 振 镜， 采用 光电倍增管接 收 ， 接 收 天 线 采 用 伽 利 略 望 远 镜 。 我 们 研 制 的半 导 体 激 光 扫 描 成 像 雷 达 演示 装置， 结构紧 凑 、 操 作方便 、 耗 资低廉 ， 实现 了 １ Ｏ帧 ／ ｓ 、 每帧 ３ ２行 的 快 速 扫 描 成 像 ， 并 且 成 像质 量较好 ， 具 有 广 阔 的应 用 前 景 ， 例 如 可 用 于 低 空 飞 行 器 下 视 地 形 匹配 。
２ ． １ 激 光 雷 达 距 离 方 程 一 般 表 达 式 当发 射、 接 收 同在一处 时． 激 光雷达距 离方程 的一般表 达式 可写成 【 ｌ Ｊ］ ：
Ｐ ： Ｐ ｔ Ｔｌ Ｔ ２ｏｌ ； － Ａ ／ Ｒ
，
（ １ ）
式 中， Ｐ 为 接 收 功率 ； Ｐ 为发 射功 率 ； Ｔ 是 光 学 系 统 透 过 率 ； Ｔ２ 是 单程 大 气透 过 率 ； ｐ 是 目 标 反射率 的定 向分布函数 ． 如 果 目标 上 各 点 的 特 性 一 致 ， 可取 平均 值 ； Ａ 是 有 效 接 收 面 积 ； Ｒ
哈 尔 演工 业大 学枝 基盘 赞所项 日。
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第 ２ ５卷
第 ５期
成 向 阳 半 导 体激 光 主 动成 像 雷 达扫 描 成 像 实验
４ ６ ５
进 至计算 机 。 我 们 为 本 雷 达 演 示 系 统 专 门研 制 了 可 见 光 半 导 体 激 光 器 及 控 制 电源 ， 中心波长 为 ６ ５ ０ ｎ ｍ， 运 行 机制 为 连 续 脉 冲 均 可 ， 脉 冲平均功率 约 １ ０ ｍＷ ， 重复 频 率在 ０ ～１ ０ ０ ｋ Ｈｚ范 围 内 可 调 ， 且 可 以 不 均 匀 发 射脉 冲 ， 脉 冲 发 射 时 间 及 脉 宽 均 可 由外 部 输 入 的 １ ｖ ｒ Ｌ 电信 号 控 制 。扫 描 器是 检 流 计 式二维 振镜扫 描器 ， 由 外 部 输 入 的 电信 号 控 制 其 扫 描 波 形 、 频 率和 范 围 ， 扫 描 视 场 为 ±５ ×
ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｉ ｓ ｃ ｌ ａ ｃ ｕ ｔ ａ ｔ ｅ ｄ Ｏｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ ． ａ Ｉ ￣ｕ ｒ ｅ ｐ ｉ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｗｉ ｔ ｈ １ ０
噪 声 和 热 噪 声 ， 则 信 噪 比 可 表 示 为 ： Ｓ Ｎ Ｒ ＝ Ｐ （ ／ ｈ ｕ ） ／ １ ２ Ｐ △ ， ［ ＋ Ｉ ｄ ］ ｝ （ ３ ）
式 中， ｒ ／ 为量子效 率 ； ｈ为 普 朗 克 常 数 ； 是入射 光 频率 ； Ａ ｆ 为 电路 带 宽 ； ｄ为 光 电倍 增 管 打 拿 极 的 二 次 发 射 系数 ， 一 般取值 为 ３ ～６ ； ｅ为 电子 电荷 ； ｒ 为 光 电 倍 增 管 的 暗 电 流 ， 我 们 所 用 的
２． ５ 。 。接 收天线采 用伽利 略 望远 镜 ， 物镜直径 １ ５ ０ ｍｍ， 焦距 ２ ０ ０ ｍｍ， 目镜 直 径 ４ ０ ｍｍ， 焦 距
４０ｍ ｍ 。
上 述 雷 达 系统 结 构 紧凑 、 操 作方 便 、 耗 资低廉 ， 应 用前 景 广 大 。
２ 最大 作 用 距 离 的计 算
是 目标 与 发 射 器 或 接 收 器 的 距 离 ； ＝Ａ。 ／ Ａｂ ， Ａ。 是 垂直 于 光束 的 目标被 照面 积 ， Ａｈ 是 目标 处
的光 束截面积 。 在不 同的激光雷达 应用 中． 目标 被 发 射 在 目标 处 的 光 斑 照 射 的关 系 不 同， 激 光 雷 达 的 作 用 距 离 表 达 式 也 不 同 。 当 目标 较 小 ， 可以看成 “ 点 目标 ” 时， 目标 全 部 被 照 射 ， 方程（ １ ） 中 接 收 到 的 功 率 与 距 离 ４次方 （ Ｒ ） 成反比； 当 目标 大 小 与 发射 在 目标 处 的 光 斑 相 当 时 ， Ｐ 与 Ｒ 成 反 比 ； 我 们所 建 立 的 雷 达 演 示 系 统 中 ． 垂 直 光 束 的 目标截 面 始 终 大 于 目标 处 的 光 束 截 面 ， 则有： Ａ ＝
Hale Waihona Puke １ 系 统 装 置 图 １是 我 们建 立 的 半 导 体 激 光成 像 雷
达 系统结构 示 意 图， 这 是一 个 收 发 分置 激
光雷 达 演 示 系 统 ． 采用脉冲发射、 二 维 扫 描、 直接 接 收 、 计 算 机 实 时 显 示 的 工 作 方 Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｏ ｐ ｔ ｉ ￣ 把 ｒ 址 。 ｆ Ｌ Ｄ ｌ ｓ ｓ ｅ ｒ 印Ｉ ｄ ｒ ａ ｄ ａ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ￣ ｌ 式 。 半 导 体 激 光 器发 出 的光 脉 冲 经过 二 维 扫 描 器 直 接 照 射 目标 ， 经 目标 反 射 的 回 渡 信 号 由 天 线接 收 ， 经 过 干 涉 滤 光 片 到 达 光 电倍 增 管 探 测 器 ， 探 测 器 输 出 的 电 信 号 经 过 整 形 与 放 大 电 路 被