激光雷达简介

量子理 论
气体/固体 分立元 SPITE器件， 单元电路， 车/机载 双色、多光 /半导体激 件，单 线列探测器， 数字电路， 为主，星 谱，主被动 光，光机 元模块， 外差接收 成像显示 载为辅 复合 扫描 中等
功能部 光子探 DPSS发射， 集成模块， 多波长复合， 面阵探测器， 车/机载， 件， 测，统 电子扫描， DSP芯片， 多功能模块， 外差接收 弹/星载 MOEM 计理论 非扫描 成像显示 智能化模块 S，小 硬软件融 微光学系统， 光子探 阵列发射， 合，系统 焦平面阵列 植入生物 测，纳 微光学系 级芯片， 探测器，光 体 米物理 统 高分辨率， 纤导光 成像显示
Velocity：Doppler Frequency
v
Doppler Frequency:
24.3kHz
F=2nvcosθ/λ
Thank you！
在功能相同的情况下，较微波雷达体积小、重量轻；天 线和系统结构可做的很小。
应用&前景
• 侦察用成像激光雷达 • 化学/生物战剂探测激光雷达 • 障碍回避激光雷达
• 大气监测激光雷达
• 制导激光雷达
• 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
典型应用：用于测绘的机载Lidar系统
LiDAR Sensor
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Radar
Radio Detection And Ranging（无线 电探测及测距） 以微波和毫米波为 载波，由发射机、 天线和接收机等部 分组成。
LiDAR
Light Detection And Ranging（激光 探测及测距） 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”。
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。 至于目标的径向速度，可以由反射光的多普勒频移来确定。
工作原理： 结合Lidar测距，从GPS得到激光器的位置和从INS惯性导航仪得到的激光 发射方向，就可以准确计算出每一个地面光斑的X、Y、Z的坐标。而后通过扫描 ，可获得一定地域范围的DEM(数字高程模型)。
GPS Lidar测距 INS（惯性 导航系统） 机载Lidar 系统
• 数据采集速度快、测量数据精度高、外业工 作量少、数据处理自动化程度高。 • 可以对危险地区安全地实行远距离、高精度
全波段复合， 系统级 光电全模复 芯片， 合，测通控 极小 一体化，多 模复合模块
分类
信号形式 • 脉冲 • 连续波
探测方式 • 直接探测 • 相干探测
Laser PD
功能 • 成像 • 测距测速
• 动目标指示 • ……
1
波长比微波短好几个数量级，可在分子量级上对目标进 行探测。
优点
3
2
探测灵敏度和测量分辨率高。多普勒频移大，信息 量大，可测速及识别动目标，也可得到运动目标的 高分辨率图像。
优点
三维测量。 • 是目前唯一能测定森林覆盖地区地面高程的 可行技术。
缺点
• 硬件设备昂贵。 • 数据的后期处理相对滞后，算法还很丌成熟。
Displacement： Self-mixing interference
P≈ P0 [1+mcos(2πΔL/λ)]
m=2(r3/r2) ln(R1R2)
(a) Loudspeaker, 657 Hz, vertical scale 1.2 μm div−1, timescale 200 μs div−1.
2.基本组成：
发射系统 信号处理及 控制 接收系统 目 标
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3.作用：
能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形 状，探测、识别、分辨和跟踪目标。
典型Lidar基本框图：
激光 调制 激光 电源 光束 控制 探测 器 制冷 前置放 大器 主放 大器 信号 模数 处理 转换 主处 理器
核心
发射光 学天线 接收光 学天线 伺服 系统 目标 物体
激光器
距离 信息
速度 信息
角度 信息
目标图 像信息
通信 系统 屏幕 显示
理论 基础 第 一 代 第 二 代 第 三 代 第 四 代
经典理 论
发射 系统
接收 系统
信息 处理
运载 平台
体积 重量
工作 模式
单一波长， 单一模式
气体激光， 单元探测器， 单元电路， 地基为主， 分立元 传统光学 脉冲体制， 模拟电路 车载为辅 件，大 系统 直接接收
(b) Very low feedback regime C<<1, vertical scale 2 mV div−1.
(c)Weak feedback C≈1, vertical scale 10 mV div−1.
(d) Moderate feedback C>1, vertical scale 20 mV div−1.