鐳射雷達的工作原理

2021-12-27 15:48:04 字數 2241 閱讀 9313

1樓:明誠地坪

鐳射雷達工作原理如下:

向目標發射探測訊號(鐳射束),然後將接收到的從目標反射回來的訊號(目標回波)與發射訊號進行比較,作適當處理後,就可獲得目標的有關資訊,如目標距離、方位、高度、速度、姿態、甚至形狀等引數,從而對飛機、導彈等目標進行探測、跟蹤和識別。它由鐳射發射機、光學接收機、轉檯和資訊處理系統等組成,鐳射器將電脈衝變成光脈衝發射出去,光接收機再把從目標反射回來的光脈衝還原成電脈衝,送到顯示器。

鐳射雷達應用分類可以分為:

1、避障雷達

2、化學試劑探測鐳射雷達

3、機載海洋鐳射雷達

4、無人駕駛鐳射雷

2樓:迷迭逆夏剁

lidar是一種集鐳射,全球定位系統(gps)和慣性導航系統(ins)三種技術與一身的系統,用於獲得資料並生成精確的dem。這三種技術的結合,可以高度準確地定位鐳射束打在物體上的光斑。它又分為目前日臻成熟的用於獲得地面數字高程模型(dem)的地形lidar系統和已經成熟應用的用於獲得水下dem的水文lidar系統,這兩種系統的共同特點都是利用鐳射進行探測和測量,這也正是lidar一詞的英文原譯,即:

light detection and ranging - lidar。

鐳射本身具有非常精確的測距能力,其測距精度可達幾個釐米,而lidar系統的精確度除了鐳射本身因素,還取決於鐳射、gps及慣性測量單元(imu)三者同步等內在因素。隨著商用gps及imu的發展,通過lidar從移動平臺上(如在飛機上)獲得高精度的資料已經成為可能並被廣泛應用。

lidar系統包括一個單束窄帶鐳射器和一個接收系統。鐳射器產生併發射一束光脈衝,打在物體上並反射回來,最終被接收器所接收。接收器準確地測量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收到前一個被反射回的脈衝。鑑於光速是已知的,傳播時間即可被轉換為對距離的測量。結合鐳射器的高度,鐳射掃描角度,從gps得到的鐳射器的位置和從ins得到的鐳射發射方向,就可以準確地計算出每一個地面光斑的座標x,y,z。

鐳射束髮射的頻率可以從每秒幾個脈衝到每秒幾萬個脈衝。舉例而言,一個頻率為每秒一萬次脈衝的系統,接收器將會在一分鐘內記錄六十萬個點。一般而言,lidar系統的地面光斑間距在2-4m不等。

鐳射雷達的特點

與普通微波雷達相比,鐳射雷達由於使用的是鐳射束,工作頻率較微波高了許多,因此帶來了很多特點,主要有:

(1)解析度高

鐳射雷達可以獲得極高的角度、距離和速度解析度。通常角解析度不低於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辦不到的),並可同時跟蹤多個目標;距離解析度可達0.lm;速度解析度能達到10m/s以內。距離和速度解析度高,意味著可以利用距離——多譜勒成像技術來獲得目標的清晰影象。

解析度高,是鐳射雷達的最顯著的優點,其多數應用都是基於此。

(2)隱蔽性好、抗有源干擾能力強

鐳射直線傳播、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,且鐳射雷達的發射系統(發射望遠鏡)口徑很小,可接收區域窄,有意發射的鐳射干擾訊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,自然界中能對鐳射雷達起干擾作用的訊號源不多,因此鐳射雷達抗有源干擾的能力很強,適於工作在日益複雜和激烈的資訊戰環境中。

(3)低空探測效能好

微波雷達由於存在各種地物回波的影響,低空存在有一定區域的盲區(無法探測的區域)。而對於鐳射雷達來說,只有被照射的目標才會產生反射,完全不存在地物回波的影響,因此可以零高度工作,低空探測效能較微波雷達強了許多。

(4)體積小、質量輕

通常普通微波雷達的體積龐大,整套系統質量數以噸記,光天線口徑就達幾米甚至幾十米。而鐳射雷達就要輕便、靈巧得多,發射望遠鏡的口徑一般只有釐米級,整套系統的質量最小的只有幾十公斤,架設、拆收都很簡便。而且鐳射雷達的結構相對簡單,維修方便,操縱容易,**也較低。

鐳射雷達的缺點

首先,工作時受天氣和大氣影響大。鐳射一般在晴朗的天氣裡衰減較小,傳播距離較遠。而在大雨、濃煙、濃霧等壞天氣裡,衰減急劇加大,傳播距離大受影響。

如工作波長為10.6μm的co2鐳射,是所有鐳射中大氣傳輸效能較好的,在壞天氣的衰減是晴天的6倍。地面或低空使用的co2鐳射雷達的作用距離,晴天為10—20km,而壞天氣則降至1 km以內。

而且,大氣環流還會使鐳射光束髮生畸變、抖動,直接影響鐳射雷達的測量精度。

其次,由於鐳射雷達的波束極窄,在空間搜尋目標非常困難,直接影響對非合作目標的截獲概率和探測效率,只能在較小的範圍內搜尋、捕獲目標,因而鐳射雷達較少單獨直接應用於戰場進行目標探測和搜尋。

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