激光雷达与激光成像雷达
激光雷达与激光成像雷达
一、激光雷达与激光成像雷达
一、激光雷达与激光成像雷达
人通过感觉器官感知，认识外部世界的一切。用耳朵听音乐、话音、机器的轰隆声、钟声、铃声等一切通过声音传递的信息；用手感觉温度、物体的硬软以及物质的存在；用眼睛观察外部世界的形状、颜色、运动状态、速度、位置、识别物体的种类等等。人的眼睛之所以可以看见外部世界，是因为太阳光谱中的可见光照射在物体上反射的结果。那么除了“可见光谱”之外还存在别的“不可见的光谱”吗？事实上，广义的光谱按频段的不同，有大家所熟悉的电磁波、远红外、近红外、可见光、紫外光谱，而可见光谱区中，红色的光波长最长 ，紫色的波长最短。而且人们已经发现不同的物质辐射不同的谱线，在特定的条件下还可以只辐射某一单一波长的谱线，当其人们发现不可见光谱区中的单一的光谱谱线具有可贵的特性的时候，就力图去产生、开发、利用这种单一光谱谱线，由此产生了激光及用于不同场合的激光系统。
视觉引发人们的形象思维，眼睛从外界事物所获取的信息量大，直接而快速，是其他感觉器官所不能代替的，这也就是古人所说的“眼见为实”的深切内涵。正是因为这个道理，人们不愿受限于“可见光”的可见，而想去探求自然光条件下所看不见的东西，如想在漆黑的夜晚，去观察外部世界，就开发出了“夜视仪”。被动“红外热成像仪”也不是依赖于可见光的反射特性去观察变幻莫测的外部世界的，而是依赖于物体本身的热辐射，无论白天或黑夜都可以用以观察人类世界的一切，而且已经是超视距的。目前最新的热成像仪，1ms内热敏成像。红外成像高速测温用来检测来复枪，其射出的弹头在弹道上飞行速度为840m/s，弹头距枪口0.914 4m处的热成像还能分辨出弹头上不同部位摩擦热的温差。
遥感仪则可以依据物体本身的辐射谱线，包括电磁波段与红外光区，远距离成像，把肉眼原本看不见的自然变化，转化为可见，以照片的形式或屏幕显示的图像，甚至动态图像的形式展现出来，这就是当今人们感兴趣的可视化技术。人们力图从各个领域做这方面的研究和开发应用。
通过眼睛人们能够确定方向——定位，作为控制手的动作的依据，当然这是受限于“视距”之内的，通过望远镜可以延伸视距；但是“定位”的精度达不到人们通用目的需要，所谓“差之毫厘，失之千里”。雷达满足了远距离定位和精度的要求，雷达源于英文Radio
Detection And Ranging的缩写RADAR，于1935年问世。
当其“激光”这种波长处于红外光谱波段的“激光光源”被研究出来之后，人们自然想到利用微米波段（红外光谱波段）的光波作为信息的载体去探测、获取其他手段难于探测、观测到的目标的信息。激光雷达研制成功后，相继激光成像雷达应运而生。激光雷达的英文名字“LADAR”是Laser Detection And Ranging的缩写。激光雷达的研究是从目标探测和测距入手的，早期（1962～1976年）的研究系统被称为光雷达（Optical RADAR），并命名为LIDAR（Light Detection And Ranging）。可以说军事应用对测量系统精确度的要求日渐严格，武器系统的投放精度以及避免敌方电子干扰的需求，大大推动了激光雷达的发展。表6-1列举了1970年以前研制成功并投入使用的一两种激光雷达系统的性能参数，以展现它所独具的优越性。
表6-1 激光雷达
可以看出，早期研制的激光雷达从功能上与20世纪初问世的利用电磁波探测目标的雷达是极其相似的，是以定位——测量目标位置（距离、方位、速度）为主；但是激光雷达的测量精度及分辨率是独具特色的，它能以特别高的“角精度”和“距离精度”完成目标定位。这是电磁波雷达难以达到的，同时激光雷达在军事对抗环境中的有效性，通过多年实际应用也得到了证实。
激光成像雷达属于红外光谱段的主动成像系统，它是继红外被动成像以及前面讲述的“定位型激光雷达”之后被开发出来的一种探测目标及目标成像的工具。激光的波长是微米（10-6m）量级，即使与电磁波中最短的毫米波相比也是几个量级的差别。比如，前面讲述的1.54μm激光为例，其与电磁波段中3mm的毫米波的波长相比，两者相差近2000倍。而雷达的许多技术参数是与波长密切相关的，此为激光雷达所独具特色，也是激光雷达优越的原因所在。比如说雷达的一个重要技术参数：角分辨率，就与波长成正比关系，这就意味着短的激光波长很容易获得窄的光束，高的角分辨率。角分辨率的概念是指雷达定位时能够确定方向的最小度量。定量地比较一下，就明白了，激光雷达很容易获得0.2～1.5mrad（毫弧度）的角分辨率；而对于电磁波，即使是毫米波，如3mm雷达获得1°（17.45mrad）的角分辨都不太容易（特别是用于天线尺寸受限的场合），或者说需要近2000倍那么大的天线孔径才能达到毫弧度量级的角分辨率。可以达到的波束宽度的差异，给雷达系统功能带来了巨大的不同。比如，10km以外的一架飞机或一辆卡车，用微波雷达观测时，以2°的角分辨率，10km以外波束覆盖将近350m的范围，整个飞机或卡车完全落在波束之内，这意味着当波束内出现一个不同距离的目标，只可能产生一个反射回波信号，荧屏上显示出一个点。这种波束覆盖与目标尺寸相比之下，称之为点目标。而激光雷达就不同了，由于其波束相对较窄，波束不可能完全笼罩整个目标，以0.2mrad的角分辨率为例，5km处波束覆盖范围是1m，6m长的卡车，一次扫描可以获得6个以上的回波信号。波束覆盖与目标尺寸相对而言，称之为体目标。而且往往为了照射能量集中，有意要求将光束压得很窄，这样一来，即使在同一“飞机”或“车辆”上，照射点不同，所能获得的回波信号严格说来是不相同的。激光成像雷达就是基于这点，设法提取和利用返回信号的差别及其所包含的多维信息，经过处理再恢复出被探测目标的形体。通过显示器显示出目标的形状及三维图像，通过它，人们很容易直观地分辨出目标的类型甚至型号和国别。显然，与其只能发现目标的存在（有或无）的雷达功能相比，激光成像雷达不仅可以定位，而且还能观测视距之外目标形体，具有突出的特点和优势。这也就是人们力图开发激光波段的原因之一吧！
激光成像雷达又是如何将被探测对象显示给观察者的呢？下面简略地介绍它们的工作原理。就最简单的激光成像雷达而言，首先，激光器发射具有一定峰值功率的光脉冲，通过一个扫描光学系统，这个光学系统一方面能对激光光束准直，也就是把光源发射的激光的束散角按要求修正成需要的光束形状，而且在一定空间范围内按一定规律扫描。扫描器每扫到一定位置，就发射光脉冲，并且几乎同时接收目标返回的回波脉冲。每个回波脉冲应该携带了目标的信息，例如，对静止的目标，携带的目标被照射点与雷达之间的相对的距离信息，还有就是由目标反射特性等因素决定的反映在回波强度上的目标信息。如果是运动目标，还可以提取目标的运动速度等信息。目标的方位信息是由扫描器的瞬时位置决定的。目标返回光由接收光学系统搜集并聚集在光探测器上，光探测器完成光电转换，将接收到的光能量转换成电信号。由光探测器探测到的回波信号往往叠加有相当的噪声，同时还被传输信道的噪声所调制；接收机则需要抑制噪声，增强有用信号，并分别提取目标的距离与强度信息，将其映射在显示屏幕上，就可以看见扫描视场内整个目标的分布情况。往往激光雷达的扫描器的扫描规律与显示器屏幕的扫描规律是不一致的，因此，要想呈现出探测视场的场景，还需完成一定的映射变换，也就是需按显示器扫视的规律，还原恢复出被探测的目标的图像来。在重建恢复图像的同时，完全可以确定目标方位，俯仰以及各个目标各点的距离值；并且将目标的图像直观地显示在屏幕上，使观察者一目了然，清楚地看到被探测的空间范围内有些什么目标，各自的相对位置，目标的大小、高低、形状等信息。为了方便观察者观测、判断，往往利用彩色距离标尺，以区别不同的距离，对特定的区域还可报出距离数值。
下面给出几组实际成像结果的照片，通过这些照片，帮助读者建立感性认识。第一组包含了五幅照片，这五幅照片是用半导体激光器作发射光源在实验室内，近距离（3～5m）成像的结果，如图6-1所示。从图中照片（a）～（e）分别可以看出激光成像可以分辨海棠花叶片上的叶脉，仪器的小旋扭，茶杯上的花纹，金属支架的空格图案，玩具汽车表面不同颜色的图案等。图6-1（f）所示为被成像对象的实物照片。
图 6-1
第二组照片是用CO2激光器作发射光源，远距离成像的结果，如图6-2所示。其中图6-2（a）是楼房顶上的天线，距离700m；图6-2（b）是1.5km处的吊车以及后面建筑物的窗户；图6-2（c）是3km的楼房及2km处的吊车臂。
图6-2 CO2激光扫描远距离物体成像照片
第三组照片是用固体激光器作发射源的激光雷达对电缆、电话线、电杆等线状目标成像以及水塔、烟囱等建筑物成像的照片，如图6-3所示。图6-3（a）、图6-3（b）对比了实物照片及激光成像雷达所成图像的照片。激光成像雷达可以探测架空电线，而且用彩色分辨出232.5m的电线与远在512m处的高压塔和电缆，这一点在普通照片上是难以分辨的。图6-3（c）给出了301m的电杆、电话线以及远处的树木、空间的架空线等；图6-3（d）、图6-3（e）给出了建筑物、烟囱、水塔的实况照片和激光成像结果的照片。最远的目标大约为1.5km，激光成像雷达无论阳光明暗，均能按不同距离分辨出目标的层次。
图 6-3
激光雷达有局限性吗？事物总是存在两面性的，有优势的一面，就同时存在劣势的一面。激光波长短，很容易获得高的角分辨率，有利于观测小的目标，雷达系统体积小，重量轻，激光成像雷达具有实时探测和实时目标三维成像功能，几乎不受地杂波影响，可用于探测低空目标或战地侦察等。激光雷达能以相对低的成本获得高的测距精度，因此一经诞生就已经应用于地面、飞机、舰船、空间平台上对人们所感兴趣的目标进行测距和跟踪显示，跟踪卫星也是其主要应用之一。然而也是因为波长短，波长与大气中存在的微粒的尺度可以比拟，也就是说，传播过程中，当与云、雾、雨中的小水滴相遇时，存在折射与反射现象，其每公里衰减量大致为毫米波段的40倍，到达被探测目标的能量由此而减弱。大气对光波的吸收和散射作用导致激光能量随传播距离呈指数衰减，衰减系数又随其传播路径状况不同而有较大变化。同时，由云层、雾等所产生的漫反射，部分返回到接收机的探测器，构成了“噪声”叠加在有用的被探测目标的反射信号上，不利于有用信号的接收。所以，一般意义上它受天气条件和气候的影响较大，晴天的“有云”与“无云”，甚至白天与黑夜传播条件都不一样，对接收信号影响较大，雾天、雨天影响更大；但大气外层空间传播条件较好，有利于激光雷达的应用。除了前述的跟踪卫星这一主要用途之外，还由于它具有高的定位精度，与三维成像的能力，已被用于外层空间的飞行器对接等场合。此外，由于激光雷达的传输损耗较大，雷达系统作用距离受限，但其受地杂波影响较小，或者说几乎不受影响；而电磁波雷达因受地杂波的影响，低空环境几乎是它的死区，所以激光雷达低空环境应用于探测小的目标，以及目标成像，可以说直升飞机激光防撞雷达，是在直升机现存防撞手段中最具优势的一种，它可以帮助飞行员清晰地看见飞行前方500m处是否存在电线类的障碍物。设计优良的激光成像雷达用来做战地侦察，不仅能确定目标的相对距离和位置，而且还可以分辨出武器装备的类型甚至国别。除此之外，也适用于单兵应用。激光成像雷达用来做机器人视觉系统，可以获得准确的三维定位。
地形测绘激光成像雷达技术研究
第35卷，增刊v01．35Supplement红外与激光工程Inf}aredandLaserEngineering2006年lO月Oct．2006
地形测绘激光成像雷达技术研究
李磊，郑永超，彭凤超，邓全
(中国电子科技集团第二十七研究所，河南郑州450015)
摘要：激光雷达作为一种低成本、高效率的获取空问数据的方法，已成为测绘遥感技术的重要发展方向。结合地形测绘领域的应用要求，对激光雷达在该领域的国外发展状况进行了评述，简要介绍了激光成像雷达
的工作原理，对指标和关键技术进行了分析。
关键词：测绘；激光雷达；成像
中图分类号：TN249文献标识码：A文章编号：l007．2276(2006)增C—0294一05
Researchofthree—dimensionimaginglidaronlandtopography
LILei，ZHENGYongchao，PENGFeng—chao，DENGQuan
(The27thResearchl惦titutc，Chi∞E1％tronicsTechnologyGroupCorporation，zhengzhou450015，Chi腑)
Abstract：Aslidarisawayofacquiringspatialdatawithlowcostandhighea’ectiVeness，itbecomesthe
developmentdirectiononlandtopography．FromtheViewofappljcationonlandtopography，thelidardeVelopments
overseasarediscussed，andtheprinciples，thespecinca“onsandthekeytechnologiesoflidarareanalyzed．
Keywords：TOpography；Lidar；Imaging
O引言
测绘这一古老的学科住空间技术、计算机技术和信息技术以及通讯技术的发展和推动下，出现了以“3S”
刍议地形测绘激光成像雷达技术
龙源期刊网
刍议地形测绘激光成像雷达技术
作者：李嘉齐
来源：《城市建设理论研究》2014年第08期
摘要：在实际进行地形测绘的过程中，激光雷达不仅可以独立实现地形测绘工作，还能够与可见光电视、微波雷达以及红外电视等不同的设备配合使用，从而提高了激光雷达测绘的效率，让测绘系统能够有效的提高其搜索的距离，最大限度的实现了对测绘目标的高精度跟踪。关键词：地形测绘；激光成像；雷达技术
中图分类号：C35文献标识码： A
激光雷达测绘技术在不远的将来必然会成为现代社会地形测绘发展方向的主导，并且不断完善自身，会具有更多的领先技术。在工程建设过程中，可以通过激光雷达测绘技术来与其他不同类型的测绘技术相配合，最大限度的提高了激光雷达测绘技术所具有的效率以及质量。但就目前来说，我国的激光雷达地形测绘技术中还存在着一定的不足，还需要在使用过程中不断对其进行完善，使得激光雷达测绘技术能够不断发展。
一、激光雷达技术分析
1.1 激光成像雷达技术
激光成像雷达技术作为一种成本低、效率高的空间数据获取技术，是目前测绘遥感技术发展的主要方向，也是现代化测绘工作中最为常见的一种。其产生与发展有赖于遥感方式的存在，是遥感技术在测绘技术应用的产物。这种技术的应用优势在于空间时间分辨率高、探测动态数据范围大、能够穿越较薄的云层、稀疏的树木遮挡，直接获取相应的三维信息，同时还存在着数据点密度高、准确性能好、能够全面反映地表表面存在的各种信息。
1.2激光成像雷达技术的发展
激光成像雷达技术作为一种新型的测绘遥感技术，在国外得到了广泛的应用，且呈现出蓬勃发展的态势。尤其是在近年来，随着记载、星在平台的出现，激光雷达技术的研究也越来越深人，无论是从城市建筑、山川、河流以及地形高度等方面都能够得到一个系统、可靠的数据，能够在工作中形成一种与地理信息系统数据共享的系统体系。
全球及中国激光雷达行业市场现状分析
全球及中国激光雷达行业市场现状分析
一、激光雷达分类
激光雷达是激光探测和激光测距系统的简称，是一种以脉冲激光或连续激光为光源的主动光学测量技术。激光雷达可以精确测量从激光发射点到测量目标表面激光反射点之间的距离，再结合激光光束发射方向就可以确定反射点的空间三维坐标，其在高精度测量、快速测量以及三维成像方面有着独特的技术优势，在军事侦察、航空航天、无人驾驶、三维成像等领域有着广阔的应用范围和发展前景，近年来受到学术界、工业界以及产业界的高度关注。
根据测量的原理，可以将激光雷达分为基于脉冲飞行时间的测量和基于连续波调制的测量，其中基于脉冲飞行时间的测量又可分为直接飞行时间测量（DToF）和间接飞行时间测量（IToF）；根据扫描的方式不同，可以将激光雷达分为机械扫描式激光雷达、半固态激光雷达以及固态激光雷达；根据所采用的光源，可分为近红外（NIR）、短波红外（SWIR）、长波红外（LWIR）和混合式激光雷达；根据所采用的探测器类型，可分为单像素激光雷达、线阵激光雷达和面阵（二维）激光雷达。
二、全球激光雷达行业市场现状分析 从全球激光雷达是高级别无人驾驶技术实现的关键，据统计，2019年全球激光雷达行业市场规模达到6.8亿美元，同比增长13.3%，受无人驾驶车队规模扩张、激光雷达在高级辅助驾驶中渗透率增加、以及服务型机器人及智能交通建设等领域需求的推动，激光雷达整体市场预计将呈现高速发展态势，预计至2025年全球激光雷达行业市场规模将达到135.4亿美元，2019-2025年复合增长率为64.5%。
从全球激光雷达细分市场来看，据统计，2019年激光雷达在Robotaxi/Robotruck领域市场规模为1亿美元，预计2025年将达到35亿美元，2019-2025年复合增长率为80.9%；2019年激光雷达在ADAS领域市场规模为1.2亿美元，预计2025年将达到46.1亿美元，2019-2025年复合增长率为83.7%；2019年激光雷达在移动机器人领域市场规模为0.5亿美元，预计2025年将达到7亿美元，2019-2025年复合增长率为57.9%；2019年激光雷达在智慧城市与测试领域市场规模为4.2亿美元，预计2025年将达到45亿美元，2019-2025年复合增长率为48.48%。
基于不同作用体制下的非扫描激光成像雷达探测技术
第36卷，增刊
Vbl．36Supplemcnt红外与激光工程
I嘶md卸d
L舢erEnginee血g2007年6月
Jun．2007
基于不同作用体制下的非扫描激光成像雷达探测技术
陈慧敏，栗苹，李昆，孙建强，郭渭荣
(北京理工大学宇航科学技术学院，北京100081)
摘要：激光成像雷达是激光技术和雷达技术相结合的产物，在军事上有着广泛的应用前景。非
扫描激光成像雷达是近年来出现的新型雷达，因没有机械扫描装置，具有高帧频率、宽视场、高可
靠性的特点。本文对基于相位法的非扫描激光成像雷达、基于多狭缝条纹管的非扫描激光成像雷达，
基于阵列的非扫描激光成像雷达的原理、特点进行了分析，指出了每种体制的局限性，为应用具体
背景下的非扫描激光成像雷达体制的选择提供了一定的参考价值。
关键词：非扫描成像雷达；多狭缝条纹管成像雷达；闪光雷达；焦平面阵列；读出集成电路
中图分类号：TN958．98文献标识码：A文章编号：1007．2276(2007)增(激光)一0219-04
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机载激光雷达的知识
机载激光雷达的知识
发布日期:2009-09-04 我也要投稿! 作者:网络 阅读:309 [ 字体选择：大
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机载激光雷达特点、分类及其发展
激光雷达可以按照所用激光器、探测技术及雷达功能等来分类。目前激光雷达中使用的激光器有二氧化碳激光器，Er:YAG激光器，Nd：YAG激光器，喇曼频移Nd：YAG激光器、GaAiAs半导体激光器、氦-氖激光器和倍频Nd：YAG激光器等。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。其中直接探测型激光雷达采用脉冲振幅调制技术（AM），且不需要干涉仪。相干探测型激光雷达可用外差干涉，零拍干涉或失调零拍干涉，相应的调谐技术分别为脉冲振幅调制，脉冲频率调制（FM）或混合调制。
按照不同功能，激光雷达可分为跟踪雷达，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。
激光雷达最基本的工作原理与无线电雷达没有区别，即由雷达发射系统发送一个信号，经目标反射后被接收系统收集，通过测量反射光的运行时间而确定目标的距离。至于目标的径向速度，可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以测量两个或多个距离，并计算其变化率而求得速度，这是、也是直接探测型雷达的基本工作原理。由此可以看出，直接探测型激光雷达的基本结构与激光测距机颇为相近，相干探测型激光雷达又有单稳与双稳之分，在所谓单稳系统中，发送与接收信号共同在所谓单稳态系统中，发送与接收信号共用一个光学孔径。并由发射/接收（T/R）开头隔离。T/R开关将发射信号送往输出望远镜和发射扫描系统进行发射，信号经目标反射后进入光学扫描系统和望远镜，这时，它们起光学接收的作用。T/R开关将接收到的辐射送入光学混频器，所得拍频信号由成像系统聚焦到光敏探测器，后者将光信号变成电信号，并由高通滤波器将来自背景源的低频成分及本机振荡器所诱导的直流信号统统滤除。最后高频成分中所包含的测量信息由信号和数据处理系统检出。双稳系统的区别在于包含两套望远镜和光学扫描部件，T/R开关自然不再需要，其余部分与单稳系统的相同。
扫描成像跟踪激光雷达
第５卷第３期 ２０１２年６月 中国光学
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏ１．５ Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ ２０１２
文章编号１６７４—２９１５（２０１２）０３－０２４２－０６
扫描成像跟踪激光雷达
屈恒阔 ，张清源，阮友田
（中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南郑州４５００４７）
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。 关键词：激光雷达；扫描成像；自主跟踪；图像处理 中图分类号：ＴＮ９５８．９８ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＣＯ．２０１２０５０３．０２４２
Ｌａｓｅｒ ｒａｄａｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｉｍａｇｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ
Ｑｕ Ｈｅｎｇ—ｋｕｏ ，ＺＨＡＮＧ Ｑｉｎｇ—ｙｕａｎ，ＲＵＡＮ Ｙｏｕ—ｔｉａｎ
（Ｔｈｅ ２７ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｏｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００４７，Ｃｈｉｎａ）
：｝＝Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ，Ｅ—ｍａｉｌ：ｑｈｋ１９７９＠１６３。ＣＯｒｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔａｒｇｅｔｓ，ａ ｌａｓｅｒ ｒａｄａｒ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｍａｇｅ ｔｒａｃｋ—
相控阵激光雷达原理
相控阵激光雷达原理
相控阵激光雷达（Phased Array Radar，简称PAR）是一种基于相控阵技术的激光雷达系统。它可以通过有效控制激光束的方向和波束的形状，在三维空间中实现高速高精度的目标检测、跟踪和成像。
相控阵激光雷达的工作原理是基于光的干涉和相位控制。它由多个发射单元和接收单元组成，每个单元都有一个独立的光源（例如激光二极管）和光接收器（例如光电二极管）。这些单元按照一定的几何排列，形成一个二维阵列。每个单元都可以独立控制激光束的发射时间和相位，从而实现波束的形状和方向的可调控。
在发射过程中，相控阵激光雷达首先将输入信号分配给不同的发射单元。每个发射单元会产生一个相位不同的激光束，这些激光束之间会相互干涉形成一个总的辐射波束。通过改变各单元的激光发射时间和相位，可以改变总波束的方向和形状，从而实现对目标的扫描和探测。
在接收过程中，相控阵激光雷达会收集从目标反射回来的激光信号。这些信号被接收单元接收并转换成电信号，然后经过放大和滤波处理。每个接收单元会分别调整接收信号的相位和延时，以便将信号从不同方向的目标分离出来。最后，这些信号会被送入相控阵激光雷达的信号处理模块进行目标检测、跟踪和成像。
相控阵激光雷达具有以下几个特点：
1. 高速高精度：相控阵激光雷达可以通过调整激光波束的方向和形状，实现对广泛范围内的多个目标进行高速高精度的检测和跟踪。
2. 多功能性：相控阵激光雷达可以同时实现目标的探测、测距、速度测量和成像等多种功能，具有较大的灵活性和适应性。
3. 抗干扰能力强：由于相控阵激光雷达可以通过动态改变波束形状和方向，因此它具有较强的抗干扰能力，可以有效抑制多径效应和杂波干扰，提高目标探测的可靠性。
4. 全天候工作：相控阵激光雷达采用激光技术，可以在良好或恶劣的天气条件下工作，如雨、雪、雾等，具有良好的适应性。
总的来说，相控阵激光雷达是一种基于相控阵技术的高性能激光雷达系统。它通过控制激光波束的方向和形状，实现对目标的高速高精度的探测、跟踪和成像。相控阵激光雷达具有多功能、抗干扰能力强和全天候工作等特点，具有广泛的应用前景。
三维成像激光雷达的发展动态
三维成像激光雷达的发展动态
蔡喜平，于长滨，陈 雷，刘剑波
（黑龙江大学物理科学与技术学院，黑龙江哈尔滨１５００８０）
摘 要：本文简要介绍了ＤＰＳＳ三维成像激光雷达系统的典型代表ＬＯＣＡＡＳ和ＪＩＧＳＡＷ的主要技术及发展动 态，并以ＭＥＭＳ激光雷达为例，通过对传统成像激光雷达的分析，介绍了下一代成像激光雷达的发展趋势及 需要解决的关键技术。 关键词：激光雷达；成像；三维成像 中图分类号：ＴＮ２４８
Ｓｔａｔｅ——ｏｆ－ｔｈｅ－ａｒｔ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｒａｄａｒ
ＣＡＩ Ｘｉ—ｐｉｎｇ，ＹＵ Ｃｈａｎｇ－ｂｉｎ，ＣＨＥＮ Ｌｅｉ，ＬＩＵ Ｊｉａｎ—ｂｏ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５００８０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ＤＰＳＳ ｔｈｒｅｅ——ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｌａｓｅｒ ｒａｄａｒｓ ＬＯＣＡＡＳ ａｎｄ ＪＩＧＳＡＷ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｂｒｉｅｆ．Ｔｈｅ ｃｏｎ． ｃｅｐｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅｘｔ—ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｌａｓｅｒ ｒａｄａｒ，ＭＥＭＳ ｌａｓｅｒ ｒａｄａｒ ａｄｖｏｃａｔｅｄ ｂｙ ＮＩＳＴ ｉｓ ａｌｓｏ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｌａｄａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｎｅｘｔ——ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｌａｄａｒ，ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｒｅｎｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｅｗ ｌａｓｅｒ ｒａｄａｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｓｕｍ． ｍａｒｉｚｅｄ ａｌｓｏ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒ ｒａｄａｒ；ｉｍａｇｉｎｇ；ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｍａｇｉｎｇ
１ 引 言
激光成像雷达回波数字化技术
笫36卷，增刊红外与激光工程2007年6月
激光成像雷达回波数字化技术
李旭1，龚俊斌2，周志伟1
(1．天津津航技术物理研究所，天津300192；
2．华中科技大学图像识别与人工智能研究所多谱信息处理技术国防重点实验室，湖北武汉430074)
摘要：首先介绍了激光成像雷达激光回波波形数字化电路的设计及其组成特点，给出了激光回波波形数字化电路的时序设计，比较了可用于探测领域和侦查领域的波形数字化方面的不同，提出
了用于侦查领域的波形数字化结果的数据预处理方法、测距体制和强度像提取等关键技术问题。
关键词：波形数字化；浮动阈值探测；激光雷达
中图分类号：TN958．98文献标识码：A文章编号：1007．2276(2007)增(激光)一0206．04
WaVef．0rmdigitizationoflaserechoinlidar
UXul，GONGJun-biIl2，ZHOUZIli—weil(1．I刎inJinh趾ghdm忙ofTcchnicalPhysics。’Ij删iIl300192；2StateKeyLabo舳ryforMulti—Spcc昀lhI置嘶n撕∞Pro∞ss啦‰19科，H叫蛔g
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Abstract：11lefunctionsaIldcriticaJtechnologiesof吐lewavefo】胁di舀tizingchuitinimaginglaser
Bldarsystemaredescribed．Thedesignprincipleofcircuitdigitizingsequencearedescribedaswellasttle
diffbreIlcebetweenexplorationapphcationaIldreconnaissanceapplicationarediscussed．Andsomenew
天基激光成像雷达探测技术
第４期 ２００７年１２月 电光系统 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ—ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２００７
天基激光成像雷达探测技术
别海罡 上海航天局第八Ｏ二研究所，上海２０００９０ 北京理工大学宇航科学技术学院，北京１０００８１ 摘要：论述了发展激光成像雷达探测技术的必要性，介绍了激光成像雷达探测技术的国内外研究发展现 状，阐述了设计激光成像雷达需要突破的关键技术，最后介绍了该技术还可以应用的其他领域。 关键词：天基微系统；激光成像雷达；空间信息 中图分类号：ＴＮ９５８．９８ 文献标识码：Ａ
１ 引言
空间对抗是未来军事斗争的新战场，能否控 制制天权是决定能否打赢现代化战争的关键因 素之一。特别是军用卫星，不仅需要具有较强的 生存能力，还必须具有自主导航的功能，这就对 新一代的卫星敏感器提出了新的要求。 我国正处在空间技术飞速发展的时期。无 论是民用航天技术的发展还是军用卫星装备的 需要，都对空间信息的获取技术的进一步发展提 出了新的需求。如航天器的交会对接、探月及深 空探测飞行任务的实现、对非合作目标的自动跟 瞄系统、合作目标的伴飞、逼近与交会、小卫星编 队飞行相对位置与姿态的保持等都迫切需要精 确的空间相对位置信息获取技术作为重要支撑。 航天器相对位置的测量精度直接对自主相 对导航和控制精度产生影响，常用的测量设备主 要是微波雷达，但是微波雷达有自身无法克服的 缺点，比如能耗和体积比较大、测量精度较低、近 距离存在测量盲区等，这些都使得微波雷达在天 基微系统空间相对位置信息获取中的应用受到 很大限制。激光成像雷达探测技术利用激光光 束的单色性好、亮度高、方向性好、相干性好等特 点，具有探测距离和角分辨率精度高、抗自然和 人为干扰能力强等特有的优点，相对于微波雷达 具有无测量盲区、精度高、抗空间电磁辐射和干 扰强、重量轻、体积小、功耗低等优点，采用该技 术能够自主实现对目标的搜索、捕获和成像探 测，获得目标的三维图像和精确的位置参数，克 服了被动光学探测方式在地球背影区无法有效 工作的缺点，特别在小卫星组网、天基微系统等 微小平台上具有潜在的广泛应用，是航天器自主 导航敏感器的发展方向。高精度的测量参数可 以直接有效的提高航天器相对导航的精度，增强 卫星的生存能力和自主作战能力，提升我国在未 来空间对抗和攻防指挥控制中的攻击和防卫能 力，有利于更快的掌握主动权。