光电子学与光电子技术-激光雷达-1

光束整形 抑制束散角 扩束等
E. 激光束控制器：光束的空间位置与方向等
A、激光器。
激光器是激光雷达的核心器件。激光器种
类很多，性能各异，究竟选择哪种激光器
一
作为雷达辐射源，往往要对各种因素加以
基
综合考虑，其中包括：波长、大气传输特
本
性、功率、信号形式、功率要求、平台限
知
制（体积、重量和功耗）、对人眼安全程
成
离-速度-强度，有潜力成为重要的侦察手
像wk.baidu.com
段。
扫描激光成像雷达
雷
非扫描激光成像雷达
达
3、激光成像雷达的优点:
能提供目标的三维图像，如可以同时提供目标的
激
距离和速度数据。这一特点能使导引头全方位识
别目标，特别是一些形状大同小异的目标，还能
光
在实战中选择最佳的角度接近目标。
成
图像稳定。激光雷达图像所记录的是目标的三维
能产生极窄的脉冲，有效的绝对带宽很宽，
（纳秒至飞秒量级），以实现高精度（可达
厘米量级）测距。
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
一
右），而且无旁瓣，因而可实现高精度测
基
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
光
入侵，特别是在夜晚和坏气象的条件下。
成
4、激光成像雷达的应用:
像
巡航导弹、航空导弹、灵巧弹药等精确制导。 隐蔽物侦察
雷
移动机器人等三维视觉系统
达
航路导引，地形跟随和障碍物回避。
精确末制导，目标自动识别和敌我识别，目标
上瞄准点的选择
一 基 本 知 识
表1-1各种频段雷达综合性能的宏观比较
的光实际上是指激光。现在，普遍采用
一
LADAR这个术语，以区别于原始而低级
基
的LIDAR。 以后世界上陆续提出并实现：激光多普
本
勒雷达、激光测风雷达、激光成像雷达、
知
激光差分吸收雷达、拉曼散射激光雷达、
识
微脉冲激光雷达、激光合成孔径雷达、
激光相控阵雷达等。
2. 激光雷达与微波雷达的异同
激光雷达是以激光器为辐射源的雷达，它
度、可靠性、成本和技术成熟程度等。
识
从目前实际应用来看，Nd:YAG固体激光
器、CO2气体激光器和GaAlAs半导体二 极管激光器、光纤激光器等最具有代表性。
D、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）
一
收发合置光学天线
基
收发分置光学天线
本
自由空间光路
知
全光纤光路
宏 观 评
跟踪综测量精合 度 性 作用距离
雷
达
种
类 价 能
目标搜索和捕获能力
目标识别能力
全天候工作能力
抗电子干扰能力
抗反辐射导弹能力
抗隐身目标能力
低仰角跟踪能力
低截获概率能力
多目标探测和跟踪能力
技术成熟程度
微波雷达
下 上 上 下 上 下 下 下 下 下 上 上
毫米波雷达
中 中 中 中 中 中 中 中 中 中 中 中
识
波片（四分之一、二分之一）
分束镜、合束镜、布鲁斯特窗片
E、光学扫描器。
多面体扫描器，利用多面体（6-12面）的
转动来扫描，优点是扫描线性好、精度高，
一
缺点是体积大、价格高； 检流计式振镜扫描器，扫描角15；
基
声子偏转器，利用声光效应使入射光线产
本
生偏转而实现光扫描，声光偏转器的扫描
知
角不大，一般在3左右
本
获，自身隐蔽性强。
知
单色性和相干性好。
识
气体激光器的谱线宽度可达10-3~10-4nm，而
且频率稳定度能做得很高，可实现高灵敏
度外差接收。
激光成像雷达
激光雷达分辨率高，将数据以图像的形
激
式显示，获得辐射几何分布图像（强度 像)、距离图像、速度图像等，还可以采
光
集三维数据，如方位角-俯仰角-距离、距
知
光电探测器为接收器件，以光学望远镜为
识
天线的雷达。 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，并研制出
原理样机；1978年美国国家航天局马歇尔
航天中心研制成CO2相干激光雷达.
早期，人们还叫过光雷达(LIDAR-Light
Detection And Ranging)，这里所谓
是在微波雷达技术基础上发展起来的，两
一
者在工作原理和结构上有许多相似之处
基
工作频率由无线电频段改变成了光频段， 雷达具体结构、目标和背景特性上发生了
本
变化。微波天线由光学望远镜代替；接收
知
通道中微波雷达可以直接用射频器件对接
识
收信号进行放大、混频和检波等处理，激
光雷达则必须用光电探测器将光频信号转
像
本性，不受昼夜、季节、气候、温度、照度变化
以及各种干扰的影响。根据稳定的激光雷达三维
雷
图像所预测的目标特征和所发展的目标识别算法
达
软件，真实、准确和可靠，使导引头能以极低的
虚警率可靠地自动识别目标。
分辨率高，具有很高的角度、距离、速度和图
像分辨率，因而能探测飞行路径中截面积小的
激
障碍物如：电线、电线杆等；能使巡航导弹具 有地形跟随和障碍物回避的能力，有利于低空
压电扫描器，利用逆压电效应产生摆动的
识
新型扫描器；
全息光栅扫描器。
光学相位扫描
MEMS扫描器
激光雷达接收机
收集目标返回光
F.
接收天线（光学系统） 波阵面校正，光学滤波
将信号光会聚到探测器
（混频器）
光电转换
G. 光电探测器（混频器） 信号光与本振光混频
激光雷达技术（1）
赵远
1. 激光雷达的概念及内涵
“雷达”(RADAR-Radio Detection
And Ranging)。传统的雷达是以微波和
一
毫米波作为载波的雷达，大约出现1935年
基
左右。 激光雷达(LADAR-Laser Detection And
本
Ranging)是以激光作为载波的雷达，以
激光雷达
上 下 下 上 下 上 上 上 上 上 下 下
激光雷达基本组成
激光器 电源
激光雷达发射机
激光器
光束控制 装置
光学发 射天线
目标
数据 显示
信号处 理
激光雷达接收机
光电 探测器
本振激 光器
光学接 收天线
激光雷达发射机
A. 激光发射器
a) 射向目标 b) 本振或距离基准光
B. 激光调制器
C. 发射电源 D. 发射天线（光学系统）
换成电信号后进行处理。
信号处理，激光雷达基本上沿用了微波雷
达中的成熟技术。
3. 激光雷达的优点
4. 速度分辨率极高
工作频率非常高，较微波高3~4个数量级。
一
激光作为雷达辐射源探测运动目标时多普勒
基
频率非常高。 对抗电子干扰和反隐身
本
工作频率处于电子干扰频谱和微波隐身有
知
效频率之外，。
识
测距精度高