光电子信息系统分析

其中：fS-静止光频，fS’-相对运动状态下观测的光频；c真空中的光速；vS-光源-探测器之间的相对运动速度， 相向运动vS0，相背运动vS0
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多普勒测速原理
如果为相对速度方向与光传播方向间的夹角，则，
易进入本信道；宽调谐，多光谱探测能力，对付隐形飞机； （5）可以用于水下探测和通信，已实现了卫星和深海潜艇的通讯; （6）体积小、重量轻、造价低。
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激光雷达的缺点
（1）大气传输性能差，易受气象条件影响， 一般只能短程应用（10-50km）；
（2）波束窄，不容易实现大视场扫描搜索。
D=0.15m； 微波雷达：Bmax=51010Hz，Dmin=0.006m
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表例
波长
天线直径D（m）
角分辨率/d弧度
10km处的横向分辨 力（m）
200 km处的横向分 辨力（m）
数字举例
激光雷达 1.06m
0.02 0.00005
0.5 10
微波雷达 5.2cm 2.0/100
解出距离、速度及与目标亮度成正比的回波振幅； 数据处理：给出距离D、方位角、仰角、速度v及目标上不同点
的回波强度-图像。
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多普勒测速原理
多普勒现象：由于观测者和运动目标的相对运动，使观 测者接收到的光波频率发生变化的现象。
fS' fS
1 vS c
1 vS c
fS
(1
vS c
)
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激光雷达的特点－高空间分辨能力
空间分辨能力： 分辨一定距离处两个相邻物体的能力；包括横向角分辨能力和 纵向距离分辨能力。
横向角分辨能力： 以可分辨的两个物体的横向间隔与距离之比-角度表示；
纵向距离分辨能力： 在距离方向可分辨两个物体的能力，以距离D表示；
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激光雷达的特点－高空间分辨能力
按用途分为 激光测距仪、靶场激光雷达、火控激光雷达、跟踪识 别激光雷达、多功能战术激光雷达、制导激光雷达、 侦毒激光雷达、导航激光雷达、气象激光雷达和大气 激光雷达等。
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激光雷达的基本工作原理
（1）飞行时间：脉冲非相干激光雷达 Time-of-Flight: pulse non-coherent ladar；
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激光雷达的分类
按运载平台分为 地基固定式激光雷达、车载激光雷达、 机载激光雷达、船载激光雷达、 星载激光雷达、弹载激光雷达和手持式激光雷达等。
按功能分为 激光测距雷达、激光测速雷达、 激光测角和跟踪雷达、激光成像雷达， 激光目标指示器和生物激光雷达等。
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激光雷达的分类
第六章 激光雷达
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战争需求促进科技发展
二次世界大战中雷达发挥了重要作用，成为战胜法西斯的 法宝之一；
军用需求促使雷达波长进一步缩短，分辨率进一步提高； 从微波量子放大器maser到光学受激辐射放大器laser； 激光雷达是微波雷达在光学波段的延伸。
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1、激光雷达的基本概念
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2、 激光雷达的构成和工作原理
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组成部分及其功能
本振：稳频小功率激光器，稳定度10-10以上，提供频率标准； 发射：提供激光功率，E=L（零差），或E-L=const； 调制器：调制频率或强度，调制电源-本振-发射之间锁相； 发射/接收：压缩发散角，包括二维扫描机械装置，单站/双站； 光电探测：光电转换、滤波、检波； 中频放大：窄带，带宽为（d）max，频响在2m附近； I/Q相敏检波：I-In Phase：同相位，Q-Quadrature：90相移；
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激光雷达的分类
按工作方式可分为： 连续激光雷达与脉冲激光雷达，CW and Pulse Ladar 脉冲激光雷达：可测距离、方向、高度； 距离：根据电波由发射出去到接收回来所经历的时间测定； 方向：根据收到反射波时天线所指的方向角确定； 高度：根据距离和天线所指的仰角确定。 连续激光雷达：采用调频波，根据发射波与反射波之间的频差测定
0.026/0.00052 260/5.2 5200/104
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激光雷达的特点
（1）高空间分辨率； （2）测速分辨能力高：1cm/s； （3）可以获得目标的多种图像:目标反射激光的辐射几何分布图像、
距离选通图像和速度图像等。 （4）抗干扰能力强，不受外界电磁场干扰；波束窄，干扰光波不容
距离，根据多普勒原理测运动物体的速度。 采用调幅波，根据发射波与回波之间的相位差测距。
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激光雷达的分类
按光束的单频性和接收方式可分为： 相干与非相干激光雷达；Coherent and Non-coherent Ladar
以工作原理可分为： 测距机、差分吸收与多普勒激光雷达 Range Finders, DIAL(Differential Absorption Lidar)， Doppler Lidar
受衍射效应限制的角分辨极限：= /D， -工作波长，D-发射天线直径。
激光雷达：：31012-31015Hz，：100m-100nm； 微波雷达：max：21011Hz，min；1.5mm; 纵向分辨力：D= c/2B，B-调频带宽，c-光速。 激 光 雷 达 ： Bmax=1014Hz ， Dmin=10-6m ， B=109Hz ，
Radar: Radio Detecting and Ranging - 无线电探测与定位； Ladar: Laser Detecting and Ranging - 激光探测与定位； Lidar: Light Detecting and Ranging -光探测与定位； 软目标与硬目标 软目标：大气、云层、气溶胶、烟尘; 硬目标：人员、车辆、飞机、建筑物。
（2）多普勒效应：连续和脉冲相干外差激光雷达 Doppler Effect: Heterodyne CW and pulse coherent lidar
（3）差分吸收:双波长脉冲非相干激光雷达 DIAL-Differential Absorption Lidar: two wavelengths pulse lidar