光電子信息系統(tǒng)ppt課件(已修改)
2025-01-26 09:12 本頁面
【正文】 1 第六章 激光雷達 2 戰(zhàn)爭需求促進科技發(fā)展 ? 二次世界大戰(zhàn)中雷達發(fā)揮了重要作用，成為戰(zhàn)勝法西斯的法寶之一； ? 軍用需求促使雷達波長進一步縮短，分辨率進一步提高； ? 從微波量子放大器 maser到光學(xué)受激輻射放大器 laser； ? 激光雷達是微波雷達在光學(xué)波段的延伸。 3 激光雷達的基本概念 Radar: Radio Detecting and Ranging 無線電探測與定位； Ladar: Laser Detecting and Ranging 激光探測與定位； Lidar: Light Detecting and Ranging 光探測與定位； 軟目標(biāo)與硬目標(biāo) 軟目標(biāo)：大氣 、 云層 、 氣溶膠 、 煙塵 。 硬目標(biāo)：人員 、 車輛 、 飛機 、 建筑物 。 4 激光雷達的分類 按工作方式可分為： 連續(xù)激光雷達與脈沖激光雷達 ， CW and Pulse Ladar 脈沖激光雷達：可測距離 、 方向 、 高度； 距離：根據(jù)電波由發(fā)射出去到接收回來所經(jīng)歷的時間測定； 方向：根據(jù)收到反射波時天線所指的方向角確定； 高度：根據(jù)距離和天線所指的仰角確定 。 連續(xù)激光雷達：采用調(diào)頻波，根據(jù)發(fā)射波與反射波之間的頻差測定距離，根據(jù)多普勒原理測運動物體的速度。 采用調(diào)幅波，根據(jù)發(fā)射波與回波之間的相位差測距。 5 激光雷達的分類 按光束的單頻性和接收方式可分為： 相干與非相干激光雷達； Coherent and Noncoherent Ladar 以工作原理可分為： 測距機、差分吸收與多普勒激光雷達 Range Finders, DIAL(Differential Absorption Lidar)， Doppler Lidar 6 激光雷達的分類 按運載平臺分為 地基固定式激光雷達、車載激光雷達、 機載激光雷達、船載激光雷達、 星載激光雷達、彈載激光雷達和手持式激光雷達等。 按功能分為 激光測距雷達、激光測速雷達、 激光測角和跟蹤雷達、激光成像雷達， 激光目標(biāo)指示器和生物激光雷達等。 7 激光雷達的分類 按用途分為 激光測距儀、靶場激光雷達、火控激光雷達、跟蹤識別激光雷達、多功能戰(zhàn)術(shù)激光雷達、制導(dǎo)激光雷達、偵毒激光雷達、導(dǎo)航激光雷達、氣象激光雷達和大氣激光雷達等。 8 激光雷達的基本工作原理 （ 1） 飛行時間：脈沖非相干激光雷達 TimeofFlight: pulse noncoherent ladar； （ 2） 多普勒效應(yīng)：連續(xù)和脈沖相干外差激光雷達 Doppler Effect: Heterodyne CW and pulse coherent lidar （ 3） 差分吸收 :雙波長脈沖非相干激光雷達 DIALDifferential Absorption Lidar: two wavelengths pulse lidar 9 激光雷達的特點－高空間分辨能力 空間分辨能力 ： 分辨一定距離處兩個相鄰物體的能力；包括橫向角分辨能力和縱向距離分辨能力 。 橫向角分辨能力 ： 以可分辨的兩個物體的橫向間隔與距離之比 角度 ?表示； 縱向距離分辨能力 ： 在距離方向可分辨兩個物體的能力 ， 以距離 ?D表示； 10 激光雷達的特點－高空間分辨能力 受衍射效應(yīng)限制的角分辨極限： ?= ?/D， ?工作波長 ， D發(fā)射天線直徑 。 激光雷達： ?： 3?10123?1015Hz， ?： 100?m100nm； 微波雷達： ?max： 2?1011Hz， ?min； 。 縱向分辨力： ?D= c/2B， B調(diào)頻帶寬 ， c光速 。 激光雷達： Bmax=1014Hz， ?Dmin=106m， B=109Hz， ?D=； 微波雷達： Bmax=5?1010Hz， ?Dmin= 11 數(shù)字舉例 表例 激光雷達 微波雷達 波長 ? ?m 天線直徑 D（ m） 角分辨率 ?/d弧度 10km處的橫向分辨力（ m） 260/ 200 km處的橫向分辨力（ m） 10 5200/104 12 激光雷達的特點 （ 1）高空間分辨率； （ 2）測速分辨能力高： 1cm/s； （ 3）可以獲得目標(biāo)的多種圖像 :目標(biāo)反射激光的輻射幾何分布圖像、距離選通圖像和速度圖像等。 （ 4）抗干擾能力強，不受外界電磁場干擾；波束窄，干擾光波不容易進入本信道；寬調(diào)諧，多光譜探測能力，對付隱形飛機； （ 5）可以用于水下探測和通信，已實現(xiàn)了衛(wèi)星和深海潛艇的通訊 。 （ 6）體積小、重量輕、造價低。 13 激光雷達的缺點 （ 1） 大氣傳輸性能差 ， 易受氣象條件影響 ， 一般只能短程應(yīng)用 （ 1050km） ； （ 2） 波束窄 ， 不容易實現(xiàn)大視場掃描搜索 。 14 激光雷達的構(gòu)成和工作原理 15 組成部分及其功能 本振：穩(wěn)頻小功率激光器 ， 穩(wěn)定度 1010以上 ， 提供頻率標(biāo)準(zhǔn)； 發(fā)射：提供激光功率 ， ?E=?L（ 零差 ） ， 或 ??E?L?=const； 調(diào)制器：調(diào)制頻率或強度 ， 調(diào)制電源 本振 發(fā)射之間鎖相； 發(fā)射 /接收：壓縮發(fā)散角
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