激光雷达原理ppt课件

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激光雷达系统ppt课件

激光雷达系统
组成
机载激光雷达
测量平台
姿态测量与导航系统
激光系统
数据处理
数码相机
同步控制
惯性导航
差分GPS
激光系统
工作流程
• • 机载激光雷达测量系统的的数据采集和处理过程（一）航飞采集激光扫描数据及数码影像 1．在航飞前要制订飞行计划。航飞计划应包括航带划分，确定飞行高度、速度、激光脉冲频率、航带宽度、激光反射镜转动速度、数码相机方位元素及定位、相机拍摄时间间隔等，并将各航带的首尾坐标及其他导航坐标输入导航计算机内，在飞行导航控制软件的辅助下进行飞行作业。 2．安置GPS接收机。为保证飞机飞行各时刻的三维坐标数据的精度，需要在地面沿航线布设一定数量的GPS基准站，同时将GPS流动站安置在飞机上。 3．激光扫描测量。预先设置好扫描镜的摆动方向和摆动角度，当飞机飞行时，红外激光发生器向扫描镜上不停地发射激光，通过飞机的运动和扫描镜的运动反射，使激光束打到地面并覆盖测区，当激光束到达地面或遇到其它障碍物时被反射回来，被一光电接收感应器接收并将其转换成电信号。根据激光发射至接收的时间间隔即可精确测出传感器至地面的距离。 4．惯性测量。当飞机飞行时，惯性测量装置同时也将飞机的飞行姿态测出来，并和激光的有关数据、扫描镜的扫描角度一起记录在磁带上。 5．数码相机拍摄。利用数码相机进行拍摄时，需要对其拍摄时间间隔和拍摄位置进行控制。通常是用GPS系统进行时间和位置控制。 6．数据传输。航飞数据采集结束后，将所有的激光扫描测量数据、数码影像数据、GPS数据及惯性测量数据都传输到计算机中，为后续数据处理作准备。
网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布，是通过等高线或相似立体模型进行数据采集（包括采样和量测），然后进行数据内插而形成的。DEM是对地貌形态的虚拟表示，可派生出等高线、坡度图等信息，也可与DOM或其它专题数据叠加，用于与地形相关的分析应用，同时它本身还是制作 DOM的TM, Digital Terrain Model）最初是为了高速公路的自

ppt-第5章激光雷达

第5章激光雷达
➢ 5.1 激光雷达的定义 ➢ 5.2 激光雷达的组成 ➢ 5.3 激光雷达的特点 ➢ 5.4 激光雷达的原理 ➢ 5.5 激光雷达的类型 ➢ 5.6 激光雷达的技术参数 ➢ 5.7 激光雷达的标定 ➢ 5.8 激光雷达的产品及应用
第1页
第5章激光雷达
第2页
第5章激光雷达
第3页
第 14 页
5.5 激光雷达的类型
第 15 页
5.5 激光雷达的类型
第 16 页
5.5 激光雷达的类型
第 17 页
5.6 激光雷达的技术参数
第 18 页
5.6 激光雷达的技术参数
第 19 页
5.7 激光雷达的标定
第 20 页
5.7 激光雷达的标定
第 21 页
5.7 激光雷达的标定
第 22 页
第4页
5.1 激光雷达的定义
第5页
5.1 激光雷达的定义
第6页
5.2 激光雷达的组成
第7页
第8页
5.3 激光雷达的特点
第9页
5.4 激光雷达的原理
第 10 页
5.4 激光雷达的原理
第 11 页
5.4 激光雷达的原理第 12页5.4 激光雷达的原理
第 13 页
5.4 激光雷达的原理
5.7 激光雷达的标定
第 23 页
5.7 激光雷达的标定
第 24 页
5.8 激光雷达的产品及应用
第 25 页
5.8 激光雷达的产品及应用
第 26 页
5.8 激光雷达的产品及应用
第 27 页
5.8 激光雷达的产品及应用
第 28 页
5.8 激光雷达的产品及应用
第 29 页

《激光雷达简介》课件

激光雷达的测量范围通常在几十米到几百米之间
测量范围越大，激光雷达的探测距离就越远
测量范围越小，激光雷达的探测精度就越高
激光雷达的分辨率是指其能够分辨的最小距离或角度分辨率越高，激光雷达的精度和探测距离就越高分辨率受激光雷达的硬件和软件设计影响分辨率是衡量激光雷达性能的重要指标之一
扫描速率是指激光雷达在一定时间内能够扫描的频率扫描速率越高，激光雷达的探测范围越广扫描速率与激光雷达的硬件性能和算法有关扫描速率是衡量激光雷达性能的重要指标之一
发射激光：激光雷达发射激光束，形成光束
接收反射：激光遇到物体后反射，被激光雷达接收
计算距离：通过计算发射和接收的时间差，计算出物体与激光雷达的距离
生成图像：通过多次发射和接收，激光雷达可以生成三维图像，用于定位和导航
自动驾驶汽车：用于感知周围环境，实现自动驾驶智能机器人：用于导航和避障，提高机器人自主性测绘和地理信息：用于地形测绘、城市规划等工业自动化：用于生产线上的物体检测和定位安防监控：用于监控区域，实现智能安防航空航天：用于卫星导航、空间探测等
激光雷达性能指标
测量距离：激光雷达可以精确测量物体的距离，误差范围在厘米级测量角度：激光雷达可以精确测量物体的角度，误差范围在度级测量速度：激光雷达可以精确测量物体的速度，误差范围在米/秒级测量分辨率：激光雷达可以精确测量物体的分辨率，误差范围在毫米级
测量范围受到激光雷达的功率、波长、接收器灵敏度等因素的影响
工业监控：用于监测生产设备、环境、人
员等
环境监控来发展前景
自动驾驶：激光雷达是自动驾驶汽车的关键传感器，可以提供精确的3D环境信息，提高自动驾驶的安全性和可靠性。

《激光雷达成像技术》PPT课件

2(b c) abc
脉冲重复频率 fr：
fr N F
其中：N (m n)-像素；F-帧频
总的扫描时间：
Ttostsc st
tot be am
Tdwell
其中：tot-总扫描角； tot-光束发散角；Tdwell=1/fr-光束滞留时间
飞行时扫描频率：
f scan
V d res N
Micro electro-mechanical system (MEMS)
距离选通激光成像雷达
Burst illuminations Ladar (BIL)
距离选通激光成像雷达
激光测距仪+扫描仪+数字相机距离范围：3~800m 距离分辨率：厘米量级波长：1.5m
热像仪图像
BIL图像
闪烁式激光成像雷达
Mirror plate size
Optical scanning angle
Scan trajectory (fast axis) Scan trajectory (slow axis) Scan jitter
Reflectivity
Mirror flatness
Operating temperature
V—高度H(m)的飞行速度；N=mn—探测器单元数量； dres—探测器面元尺寸
扫描时脉冲积累数：
n B fr 6m
其中：B-天线3dB光束宽度(deg);fr-重频；m-天线每分转数
瞄准误差与滞后角效应：
.
d
2
d
dt
nr
dt
c
其中：-滞后角；d/dt-扫描速率；-往返时间；r-到目标距离；c-光速；n-传播介质平均折射率
<7.5m >7.5m 500GHz 在150m处为1.5m正方形

激光雷达与应用.PPT课件

手术操作名称未统一主要手术漏填、不准确其他手术或操作漏填、不准确
出院状态不正确
不能正确理解离院方式（医嘱离院、转院、非医嘱离院、其他、死亡）
有手术操作、手术费用为0 分项费用加起来不等于总费用入院时间大于出院时间
编码选择错误编码库未统一
首页信息主要涉及部门：临床科室病案科财务科信息科
例1 -主要诊断：心肌梗塞 -DRG F 60B 价格 2900欧元例2 -主要诊断：心肌梗塞 -其他诊断：肺炎、心衰 -DRG F 60A 价格 4400欧元例3 -主要诊断：心肌梗塞 -其他诊断：肺炎、心衰、败血症 -操作PCI术心脏导管 - DRG F 24A 价格 7800欧元 -机械通气10天价格 18300欧元
激光雷达的应用---农林业
激光雷达
激光雷达探测农耕地形
激光雷达的应用—电网
激光雷达
❖在电力、通信网络建设与维护中，利用激光雷达的数据，可以了解整个线路设计区域的地形与地面上物的情况，以资评估建设方案的可行性与建设成本；在线路发生灾难时，可以及时发现倒塌的部位，便于抢修和维护。
实
首颗激光测高试验卫星ICESat于2003年1月13日在美国
例
地球观测 GLAS系统
Vandenberg空军基地成功发射。ICESat轨道高度约600 km。周期约183天，可覆盖地表86°N～86°S即两极的大部分区域。GLAS是第一个用于连续全球观测的星载激光测
高系统。其主要任务是监测南极洲和格陵兰冰盖的高程变
首页多项内容无明确定义，无统一标准诊断、手术操作名称未规范统一缺手术分级目录
无全国统一的首页质控标准和评价标准
基本信息漏项、填写不准确主要诊断的准确选择其他诊断漏填手术及操作项目漏填、漏项诊断及手术操作的正确编码医师签名、其他管理项目漏填、不准确等

雷达原理介绍ppt课件

的射频信号进行下变频以转化为视频信号（即中心频率等
于0）。正交解调接收机即可完成这样的下变频处理：
sm(t) = s(t) exp(-j2 f0t) 可见，正交解调处理将信号的中心频率降低了 f0 。
|s( f )|
s(t)
sm(t)
正交解调前
exp(-j2 f0t)
0 |sm( f )|
f0
f
正交解
基本原理
发射系统接收系统
目标
将雷达的接收信号与发射信号进行比较，就可以获得目标的位置、速度、形状等信息，根据这些信息，雷达进而可以完成对目标的检测、跟踪、识别等任务。
基本原理
发射信号：
Tp
t
Tr
雷达发射周期性脉冲，记脉冲宽度为 Tp，重复周期为 Tr，雷达峰值功率（即脉冲期间的平均功率）为Pt，雷达平均功率（即周期内的平均功率）为Pav，工作比（即脉冲宽度与重复周期之比）为D。显然有：
SNR = Ps / Pn 显然SNR越高，目标回波就越显著，就越有利于信号分析。
发射功率
不考虑各种损耗，影响目标回波峰值功率Ps的因素有：
雷达发射峰值功率Pt、目标的雷达截面积（RCS）、目
标与雷达的相对距离R。它们之间存在关系：
Ps= Pt /R4 是与雷达系统及环境有关的常数。若过小或R过大，则
Tp
t
响应的 3dB宽度称为雷达距离分辨率，它表征了雷达将相邻目标区分开的能力。若接收机没有脉冲压缩，可用发射
与雷达相距r的目标回波相对于发射脉冲脉宽Tp近似距离分辨率；
的延时 = 2r / c，c为电磁波的传播速度。若有脉冲压缩，分辨率
那么，与雷达的相对距离差为r的两个

《机载激光雷达》课件

发展趋势
随着技术的不断进步和应用需求的不断增加，机载激光雷达技术将不断向更高精度、更高效率、更安全可靠的方向发展。
THANKS
感谢观看
《机载激光雷达》PPT课件
目录
• 机载激光雷达简介 • 机载激光雷达技术 • 机载激光雷达应用案例 • 机载激光雷达的挑战与未来发展
01 机载激光雷达简介
定义与特点
总结词
机载激光雷达是一种集激光测距、全球定位系统（GPS）和惯性测量单元（ IMU）于一体的遥感技术。
详细描述
机载激光雷达通过向地面发送激光脉冲并接收反射回来的信号，能够获取高精度的三维地形数据。它具有高分辨率、高精度、快速获取数据等优点，广泛应用于地形测绘、城市规划、资源调查等领域。
地震灾害评估
利用机载激光雷达技术，评估地震灾害对建筑物和基础设施的影响，为灾后重建提供技术支持。
考古探测
遗址区地形测绘
通过机载激光雷达技术，获取遗址区高精度、高分辨率的地形数据，为考古研究提供基础资料。
遗址区建筑物结构分析
利用机载激光雷达数据，分析遗址区建筑物的结构特点，为文物修复和保护提供依据。
激光发射与接收
激光发射器根据不同的应用需求，发射不同波长的激光束，常见的波长有近红外、中红外和远红
外等。
接收器通常使用光电倍增管或雪崩二极管等光电传感器，用于接收反射回来的光束，并将其转换
为电信号。
激光雷达通过测量反射回来的光束与发射光束的时间差，计算出
目标的距离信息。
数据处理与分析
1
遗址区植物种类鉴定
通过分析机载激光雷达数据，鉴定遗址区植物种类，为环境考古和生态研究提供数据支持。
04 机载激光雷达的挑战与未来发展

激光雷达简介PPT优秀课件

接收光学天线
目标物体
伺服系统
前置放主放大器大器
信号模数处理转换
主处理器
距离速度角度目标图信息信息信息像信息
通信系统
屏幕显示
理论发射基础系统
接收系统
信息处理
运载体积平台重量
工作模式
第一代
经典理论
气体激光，传统光学
系统
单元探测器，脉冲体制，直接接收
D电非P子S扫S扫发描描射，，面外阵差探接测收器，
集成模块， DSP芯片，成像显示
车/机载，弹/星载
功能部件， MOEM S，小
多波长复合，多功能模块，智能化模块
第四代
光子探测，纳米物理
阵列发射，微光学系
统
微光学系统，焦平面阵列探测器，光
纤导光
硬软件融合，系统级芯片，高分辨率，成像显示
以激光为载波，以光电探测器为接收器件，以光学望远镜为天线，俗称“ 激光雷达”。
本质相同
1.工作原理：
传感器发射激光束打到目标物体上并反射回来，接收器准确地测量出光脉冲从发射到被反射回的传播时间，光速已知，就可得到从激光雷达到目标点的距离。
若激光束不断地扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的数据，用此数据进行成像处理后，就可得到精确的三维立体图像。
(c)Weak feedback C≈1, vertical scale 10 mV div−1.
(d) Moderate feedback C>1, vertical scale 20 mV div−1.
Velocity：Doppler Frequency

第4章激光雷达的原理及其应用

➢ 在2018年的 CES （国际消费类电子产品展览会）上，Velodyne 对外展
示了两款产品：128
线激光雷达
VLS-128和固态激光
雷达
Velarray。
Car 情报局
1、激光雷达在无人驾驶中的作用
环境地图构建
Car 情报局
2
激光雷达的概念
Car 情报局
2.1、激光雷达的概念
激光雷达实际上是一种工作在光学波段（特殊波段）的雷达；它是以激光作为载波，以光电探测器为接收器件，以光学望远镜为天线。
LIDAR，(Light Detention and Ranging) LADAR, (Laser Detection and Ranging)
Car 情报局
1
激光雷达在无人驾驶中的作用
Car 情报局
1、激光雷达在无人驾驶中的作用
激光雷达是无人驾驶车辆的“标配”
Car 情报局
1、激光雷达在无人驾驶中的作用
障碍与行人检测
图片来源于IBEO官网视频
Car 情报局
1、激光雷达在无人驾驶中的作用
车距精准控制
图片来源于IBEO官网视频
Car 情报局
Car 情报局
5.7、无人车载激光雷达遇到的挑战
恶劣环境适应性
Car 情报局
5.7、无人车载激光雷达遇到的挑战
恶劣环境适应性
Car 情报局
5.7、无人车载激光雷达遇到的挑战
计算量大
Car 情报局
6
车载激光雷达的发展趋势
Car 情报局
6.1、激光雷达的成本将进一步降低
Car 情报局
6.2、激光雷达向多线束以及固态激光雷达发展
Car 情报局

激光雷达LIDAR-PPT精选文档

IMU：惯性测量装置(RpIMU-Inertial Measurement Unit)
手段：IMU有姿态量测功能，具有完全自主、无信号传播、既能定位、测速，又可快速量测传感器瞬间的移动，输出姿态信息等优点，但主要缺点是误差随时间迅速积累增长。目的：获取机载LiDAR的姿态信息，即滚动、俯仰和航偏角。
LiDAR的工作原理——POS系统：
DGPS与IMU对比：
DGPS系统：量测传感器的位置和速率，具有高精度，误差不随时间积累等优点，但其动态性能差(易失锁)、输出频率低，不能两侧瞬间快速的变化，没有姿态量测功能。 IMU系统：有姿态量测功能，具有完全自主、无信号传播、既能定位、测速，又可快速量测传感器瞬间的移动，输出姿态信息等优点，但主要缺点是误差随时间迅速积累增长。
侦察用成像激光雷达障碍回避激光雷达大气监测激光雷达制导激光雷达化学/生物战剂探测激光雷达水下探测激光雷达空间监视激光雷达机器人三维视觉系统其他军用激光雷达弹道导弹防御激光雷达靶场测量激光雷达振动遥测激光雷达多光谱激光雷达
LiDAR应用举例：
（一）激光成像雷达激光雷达分辨率高，可以采集三维数据，如方位角俯仰角-距离、距离-速度-强度，并将数据以图像的形式显示，获得辐射几何分布图像、距离选通图像、速度图像等，有潜力成为重要的侦察手段。
LiDAR的分类：
按不同功能:
①跟踪雷达（测距和测角）; ②测速雷达（测量多普勒信息）; ③动目标指示雷达（目标的多普勒信息）; ④成像雷达（测量目标不同部位的反射强度和距离等信号）; ⑤差分吸收雷达（目标介质对特定频率光的吸收强度）等。
LiDAR的应用前景：

因此，最优化的方法是对两个系统获得的信息进行综合，这样可得到高精度的位置、速率和姿态数据。

激光雷达原理(2)精编版课件

光电探测器的平方律特性
E (r , t ) 假定入射的光辐射电场为 ˆU (r , t ) exp(it ) E (r , t ) e
直接探测理论
ˆ 偏振方向上的单位矢量， e
U S是入射光辐射电场振幅， (r , t ) 是入射光的角频率。根据波印亭
法则，光辐射场平均功率：
J ( x, y)dxdy 1
t

探测目标后向散射函数：
( x, y, r ) d ( x, y, r ) / dr

接收信号光能量：
ES PS T

Hale Waihona Puke 接收信号光光子数：NS ES / h

其它参量定义： Ar—光学天线有效接收孔径；R—激光雷达作用距离；or—接收光学系统效率；t—发
后向散射激光雷达方程
r2 exp exp(z ) (z ) 2 Et ( 2 ) z 2 r2 exp exp(z ) ( z ) 2 Er ( 2 ) z 2
P( z ) (c )r02 G( z) exp(2z) P0 8z 2
0 r 1 2Q arctan r 0

2

1/ 2
不同目标的激光雷达距离方程
短脉冲/扩展目标：与发射能量和(D/R)2成比例
未截断零深度硬目标：与发射能量和(D/R)2成比例
截断零深度硬目标：与发射能量、(D/R)4和(1/2)成比例
激光束的物理描述
G
2 w0
爱里斑的宽度定义为：第一个暗环（第一个最小值）的角弦，光束质量一般定义为 M实际发射机束宽(rad);

激光雷达基本知识PPT课件

本知识
② 光电探测器。适合于激光雷达用的光电探测器主要有PIN光电二极管、硅雪崩
二极管(SiAPD)、光电导型碲镉汞(HgCdTe)探测器和光伏型碲镉汞探测器 ③ 光学天线透射式望远镜（开普勒、伽利略）反射式望远镜（牛顿式、卡塞哥伦）收发合置光学天线收发分置光学天线自由空间光路全光纤光路波片（四分之一、二分之一）分束镜、合束镜、布鲁斯特窗片
6. 信号处理方法微弱信号检测、数字化处理与算法
7. 数据处理方法数据反演、显示
一、基本知识
本
知
激光雷达的概念及内涵
识
“雷达”(RADAR-Radio
Detection And Ranging)。传
统的雷达是以微波和毫米波作
为载波的雷达，大约出现1935
年左右。
最早公开报道提出激光雷达的概念是: 1967年美国国际电话和电报公司提出的，主要用于航天飞行器交会对接，并研制
知 3. 激光雷达的优点
识
工作频率非常高，较微波高3~4
个数量级。
激光作为雷达辐射源探测运动目标时多普勒频率非常高，因而速度分辨率极高。
工作频率处于电子干扰频谱和微波隐身有效频率之外，有利于对抗电子干扰和反隐身。
本知识
能量高度集中。用很小的准直孔径（10cm左右）即可获得很高的天线增益和极窄的波束（1mrad左右），而且无旁瓣，因而可实现高精度测角（优于0.1mrad）、单站定位、低仰角跟踪和高分辨率三维成像，且不易被敌方截获，自身隐蔽性强。
探测方式和测量原理等对激光雷达体制进行分类。
按不同信号形式: ①脉冲
②连续波
本知识
按不同功能: ①跟踪雷达（测距和测角）; ②测速雷达（测量多普勒信息）; ③动目标指示雷达（目标的多普勒信息） ; ④成像雷达（测量目标不同部位的反射强度和距离等信号）;

雷达基本工作原理ppt课件

天线
回波 T/R
触发器
接收机
电源
船电
显示器
回波船首线方位
精品课件
12
3 雷达相关技术参数
1. 波长λ
S 波段 X 波段
10cm波长 2000~4000MHz 7.5~15cm 3050MHz
3cm波长 8000~12500MHz 2.4~3.75cm 9375MHz 。
天气好: X band; 天气坏(雨/雪) : S band
方位标志
固定距标圈荧光屏边缘
精品课件
10
1.4 雷达的测距与测向原理
1. 雷达测距原理
Δt: 往返于天线与目标的时间,
C: 电磁波在空间传播速度
3×108m/s。
R
=
1 C
×Δ
t
2
2. 雷达测向原理借助于定向天线－扫描.
精品课件
11
2 雷达基本组成
微波传输线发射脉冲
发射机
长脉冲 →窄范围的频谱 △f ↑→ 噪声↑→灵敏度↓→ 失真↓ △f ↓→ 噪声↓→ 灵敏度↑→ 失真↑ 兼顾: 远量程 △f ↓→ 灵敏度↑
近量程 △f ↑→ 灵敏度↓ 航海雷达 1～25 MHz
精品课件
15
3 雷达相关技术参数
8.天线增益
定向天线最大辐射方向的功率与点状天线各向均匀辐射的平均功率之比。
目标
4
雷达目标
雷达所能发现的所有目标。
▪ 船舶 ▪ 岛屿（陆地） ▪ 浮标 ▪ 海浪杂波 ▪ 雨雪杂波
精品课件
5
目标信息
相对位置（距离和方位）真速度真航向 CPA（Closest Point of Approach) TCPA(Distance to CPA)

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I P (r) U P (r) 2 I00
r r0 r r0
R-光束横截面积的极坐标（圆对称性）； R0-光电探测器光敏面半径； UP(r)-均匀光束振幅分布函数； I0-常数因子
光束宽度是对发射激光束轮廓角度展幅的
度量。
激
束宽由光束内光强下降到波束峰值光强所
光
指定百分比的位置决定，或由内接收功率达到发射总功率所指定百分比时的角弦来
束
决定。习惯上使用半宽度代替整个束宽。
的
当发射光束均匀照明一个圆形输出孔径时，衍射极限的束宽为
物
p

2.44
d
理
高斯光束的有效束宽定义为e-2(0.1359)
描
峰值功率处的整个宽度。
述
衍射极限发射光束的有效束宽为
G

2 arctan0
r

1

r w0

2
US (r,是t) 入射光辐射电场振幅，是入射光的角频率。根据波印亭法则，光辐射场平均功率：
P

1
Re(
E
A2

E
)dA

1 2
S
Us
2 dS
若光探测器的负载电阻RL，则光探测器输出的电功率为：
i e P e U (r,t) 2 dS
h 2h S
式中：S为光探测器光敏面积。光探测器输出的光电流为：

1
/
2
在远场，即时，高斯光束的束宽可以近似
激
G

2 w0
光
爱里斑的宽度定义为：第一个暗环（第一个最小值）的角弦，
束
光束质量一般定义为
Q M T
的
M实际发射机束宽(rad);
物
T理论衍射极限发射机束宽(rad)
理描
均匀照明时非衍射极限波的发射束宽为 2.44 Q d
激光脉冲发射到接收信号回波的时间
光

180后向散射分布函数
雷
P0
激光器发射功率
达

发射激光脉冲宽度
方
r0
光电探测器光敏面半径
程
2
激光发射束散角
2
接收光学系统视场角
Et , Er
激光发射时或在处归一化振幅
后向散射激光雷达方程
在考虑高斯光束情况下，即：
Et

exp
r2 (z)2
Байду номын сангаас
达
接收信号光能量：
方
ES PS T
程
接收信号光光子数：
一
NS ES / h
般
其它参量定义：
形
Ar—光学天线有效接收孔径；R—激光雷达作
式
用距离；or—接收光学系统效率；t—发射
光学系统效率；T2—双程大气透过率
激光束的物理描述
激光束归一化函数：在激光雷达设计和分析中，经常遇到三种典型的光束形状：高斯光束爱里光束均匀光束（平面波）。
激光束的物理描述
I A (r)

U A (r)
2

I
0

2
J
1(

)

2
-光波波长； F-光学天线的有效焦距； D-光学天线的有效孔径； F-光学天线系统的“F”数, F=(f/d)； J1()-第一类贝塞尔函数, =(r/F)； UA(r)-爱里斑振幅分布函数；
IG (r)

UG (r)
2

I0
exp
2r 2 w2 (z)

w(z)2 w02[1 (r / w02 )2 ]
R(z)2 w02[1 (r / w02 )2 ]
wO-高斯光束的束腰半径; wZ-高斯光束模场半径； z-高斯光束波前距束腰距离 R(z)-高斯光束波前曲率半径 UG-高斯光束振幅分布函数
述
高斯分布的非衍射极限波的发射束宽为：

2Q arctan0
r

1

r 0
2 1/ 2

不
短脉冲/扩展目标：与发射能量和(D/R)2成比例
同
目
标
未截断零深度硬目标：与发射能量和(D/R)2成比例
的
激
光
截断零深度硬目标：与发射能量、(D/R)4和(1/2)成比
PS
i 2 RL

(
e h
)
2
P
2
RL
光探测器输出的电功率正比于入射光功率的平方
直接探测理论
直接探测系统的信噪比
设入射到光电探测器的信号光功率为Ps , 噪声功率为Pn，光电探测器输出的信号电功率为Sp，输出的噪声功率为Np，由光电探测器的平方律特性可知：
S p N p (e / h )2 RL (Ps Pn )2 (e / h )2 RL (Ps2 2Pn Ps Pn2 )

exp(z
)
( 2 )z2
Er

exp
r2 (z)2

exp(z)
( 2 )z2
P(z) P0

(c 8z2
)r02
G(z) exp(2z)
G(z)

2 2
2

exp

(
2
b2
2)z2

PR

激
光
雷
达
方
激光雷达接收的信号功率等于:发射激光功
程
率分布与目标后向散射系数的卷积,再考
一
虑
般
光学天线、大气传输衰减等因素。
形
激光雷达方程一般形式可用下式描述：
式
激光发射功率归一化函数
激
Jt (x, y)dxdy 1
光
探测目标后向散射函数：
雷
(x, y, r) d (x, y, r) / dr
一、激光雷达方程
相干激光雷达
信号的幅度和位相
非相干激光雷达
激
信号的幅度
光
雷
达
原
理
激
激光雷达方程描述激光发射和接收的物理光学过程
光
它包括以下四个环节：
雷
激光到目标的传输；
达
目标对激光的反射；
方
散射光到探测器的传输；
程
接收机对散射光的收集。
物
理
过
程
光反射角及光束形成示意图
SNR2eI (1
S
B)f
1/ 2
Ib KORL(r02 )( 2 )S
I Ib Id
二、直接探测理论
直接探测理论
光电探测器的平方律特性
假定入射的光辐射电场为 E(r,t) E(r,t) eˆU (r,t) exp(it)
偏eˆ 振方向上的单位矢量，
雷
例
达
距
离
方
程
在小角近似情况，激光雷达方程可以表示为：
后向
P(z) (z) (z)cr02 2
P0
8
Et (r, z)Er (r b, z)d 2r
r x, y

b b,0
散
(z) 在z处散射系数
射
z ct 激光雷达作用距离
2
激
t