激光雷达原理

激光雷达原理 1. 激光雷达原理 激光雷达是工作在光频波段的雷达。与微波雷达的工作原理相似,它利用光频波段的电磁波先向目标发射探测信号,然后将其接收到的同波信号与发射信号相比较,从而获得目标的位置(距离、方位和高度)、运动状态等信息,实现对飞机,导弹等目标的探测,跟踪和识别。

激光测距机是简化的激光雷达。在以激光测距技术基础上,配置方位与俯仰测量装置、激光目标自动跟踪装置,就构成了比较完备的目标探测/跟踪激光雷达。通常激光雷达由激光发射机、激光接收机、信息处理系统、伺服控制系统和操控显示终端组成。下图所示为基本的激光雷达原理图。

2. 发射激光系统

对于激光雷达整个系统来说，发射光学系统是最为重要的一部分，其中以激光器的性能为主，它的性能很大程度上激光器的探测性能，现阶段对于激光雷达来说532nm 和

发射光

学系统 光束控制器 激光器 泵浦源 接收光

学系统 光电探测器 放大器 信息处理 激光调

制器

1064nm的激光管最为常见，而激光器的种类有固体激光器和半导体激光器，随着输出功率的不断提高，半导体激光器因为宽的调谐范围，小巧的体积等优势是未来发展的主流方向。

激光雷达对激光光源有四点基本要求，一是有较大的功率，且大多数都需要工作于脉冲模式，因此相应的要求是脉冲能量大，脉冲重复频率高；激光的光束质量好，特别是要求光束的发散角要小，指向性要好；对于工作于差分吸收或荧光机制的激光雷达，还要求激光输出波长处于特定光谱范围；通常要求激光器体积小，功耗小，性能稳定可靠等，以满足激光雷达多种运载方式的要求。

常见的激光器选择有1064nm YAG激光器，DFB-1064半导体激光器。YAG激光器是一种典型的固体工作物质，由于它多方面的优良性能，早期在激光雷达中获得了广泛的应用。

而随着半导体激光器的飞速发展，现在越来越多的激光雷达应用采用半导体激光器，半导体激光器DFB-1064nm 拥有更小外形尺寸，更好的发散角，脉冲功率现在也能做到600mW,尤其是德国的半导体激光器做的非常出色，下面是一份半导体激光器的典型性能参数。

DFB 1064nm激光管

3. 接收光学系统

激光雷达的接收单元由接受光学系统，光电探测器和回波检测处理电路等组成，其功能是完成信号能量汇聚，滤波，光电转换，放大和检测等功能。对激光雷达接收单元设计的基本要求是：高接收灵敏度，高回波探测器概率和低的虚警率。探测器是激光接收机的核心部件，由于雪崩光电二极管具有高的内部增益，体积小，可靠性高等优点，往往是首选探测器。