激光雷达简介报告

激光雷达

一、简介

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。

激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，陆续开发出不同用途的激光雷达，使激光雷达成为一类具有多种功能的系统。

二、背景

激光雷达之所以受到关注，是因为其具有一系列独特的优点：具有极高的角分辨率、具有极高的距离分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强、比微波雷达的体积和重量小等。但是，激光雷达的技术难度很高，至今尚未成熟，而且在恶劣天气时性能下降，使其应用受到一定的限制。激光雷达类别可以从不同的角度来划分。若按用途和功能划分，则有精密跟踪激光雷达、制导激光雷达、火控激光雷达、气象激光雷达、水下激光雷达等；若按工作体制划分，则有单脉冲、连续波、调频脉冲压缩、调频连续波、调幅连续波、脉冲多普勒等体制的激光雷达。按不同的载体可分为星载、机载、车载及固定式激光雷达系统。其中星载激光雷达系统结合卫星定位、惯性导航、摄影及遥感技术，可进行大范围数字地表模型数据的获取；车载系统可用于道路，桥梁，隧道及大型建筑物表面三维数据的获取；固定式激光雷达系统常用于小范围区域精确扫描测量及三维模型数据的获取。总之，激光雷达技术的出现，为空间信息的获取提供了全新的技术手段，使得空间信息获取的自动化程度更高，效率更明显。这一技术的发展也给传统测量技术带来革命性的挑战。

国外激光雷达技术的研发起步较早，早在20世纪60年代，人们就开始进行激光测距试验；70年代美国的阿波罗登月计划中就应用了激光测高技术；80年

代，激光雷达技术得到了迅速发展，研制出了精度可靠的激光雷达测量传感器，利用它可获取星球表面高分辨率的地理信息。到了21世纪，针对激光雷达技术的研究及科研成果层出不穷，极大地推动了激光雷达技术的发展，随着扫描，摄影、卫星定位及惯性导航系统的集成，利用不同的载体及多传感器的融合，直接获取星球表面三维点云数据，从而获得数字表面模型DSM，数字高程模型DEM，数字正射影像DOM及数字线画图DLG等，实现了激光雷达三维影像数据获得技术的突破。使得雷达技术得到了空前发展。如今机光雷达技术已广泛应用于社会发展及科学研究的各个领域，成为社会发展服务中不可或缺的高技术手段。

研究和解决激光雷达的关键技术，建立起自己的星载激光雷达系统，将为我国的地形地貌测量、大气监测、海洋科学以及空间探测等科学研究提供必要的手段，具有重要的科学和应用价值，是提升我国空间科研水平和综合国力强有力的保证。

三、国内外发展现状

激光雷达在短短几十年中的迅猛发展，体现出这个新兴探测方式所具有的独特潜在力，激光雷达将越来越多地用于科学研究或军事战略等众多领域，作为获取三维高程和垂直结构信息非常有效且精确的手段，必将成为未来空间探测的发展趋势。

我国早在80年代就开始了对激光雷达的研究，也已经制定了激光雷达计划。2004年2月正式启动的月球探测计划"嫦娥"一号绕月卫星，计划搭载激光高度计用于月球表面的高度探测，探测数据与CCD光学相机的平面图像叠加处理后可以得到月球表面三维地形图形，为"落月"计划的实施提供基础数据。此外，为加快我国激光雷达技术的发展，国家科技部在863计划中也相继布置了有关星载激光雷达系统的预研课题。

国际空间大国激光雷达技术发展的历程表明，机载激光雷达系统的研制和应用是发展星载激光雷达的技术基础。在我国，中国测绘科学研究院、中国科学院武汉测量与地球物理研究所、武汉大学、中国科学院光电研究院等许多研究机构都已经开展了机载激光雷达技术的研究工作，并已取得了相当可喜的成绩，已经形成了研制机载激光雷达的能力，为发展星载设备奠定了坚实的基础。但是目前

我国在激光雷达理论研究、硬件设备以及数据应用方面与国际水平还存在较大的差距，星载激光雷达关键技术还有待进一步研究和论证。虽然星载激光雷达与机载激光雷达从工作原理上没有本质的区别，但天基系统对各组成单元的技术要求明显高于地面系统。由于特殊的空间运行环境，星载激光雷达对其各个分系统的设计也有特殊的要求，例如星载激光器对体积、重量、功耗、制冷方式、工作寿命及抗失调能力方面都有一系列特殊要求；光电探测器件的高灵敏度和低噪声要求，回波信号的高速采样和高速存储和传输，对整个测量过程的智能控制及卫星与地面的数据通信等；空间环境（如大气）引起的星载激光雷达数据噪声剔除和复原；星载激光雷达数据应用过程中的算法研究和产品提取技术等。只有实现对各单元技术的突破和系统整体的集成，才能使星载激光雷达研究真正走向实用。此外，数据应用技术如数据预处理加工、算法研究和产品提取等还不能满足真正的应用需求，这也将导致卫星的使用效益不能充分发挥。

四、应用领域

1、在军事上的应用

（a）激光武器

激光最吸引人的军事应用当属于激光武器。由于强激光束具有很强的烧蚀作用，因而可以破坏制导系统、引爆弹头和毁坏壳体、拦击制导炸弹、炮弹、导弹、卫星、飞机、巡航导弹和破坏雷达、通信系统等。激光摧毁卫星可由地面、空中和空间进行。激光武器的威力强大，命中率极高，是真正意义上的"杀手锏"。科幻电影中的激光武器反映了激光武器的远大前程。目前美国已研制出机载和车载激光武器。

当激光能量不高时，主要使敌方人员致盲和使某些光电测量仪器的光敏元件受到破坏甚至失效，或可用来在城市、森林大面积点火。著名的英－阿马岛战争中，英国就曾经使用了激光武器对付阿方飞机，导致飞行员失明而机毁人亡。在反坦克、反潜艇中，激光致盲武器也有很大发展潜力，对准潜望镜入口发射激光，就会把在用潜望镜观看外部情况的指挥员、驾驶员的眼睛损伤，坦克和潜艇也就失去作战能力。侦察卫星靠装在其中的各种光电传感器侦察地面目标，如果用激光束照射其中的光电传感器也会使侦察卫星变为"瞎子"。