光電子信息系統(tǒng)ppt課件(已修改)
2025-01-26 09:12 本頁(yè)面
【正文】 1 第六章 激光雷達(dá) 2 戰(zhàn)爭(zhēng)需求促進(jìn)科技發(fā)展 ? 二次世界大戰(zhàn)中雷達(dá)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(dá)波長(zhǎng)進(jìn)一步縮短，分辨率進(jìn)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(dá)是微波雷達(dá)在光學(xué)波段的延伸。 3 激光雷達(dá)的基本概念 Radar: Radio Detecting and Ranging 無(wú)線電探測(cè)與定位； Ladar: Laser Detecting and Ranging 激光探測(cè)與定位； Lidar: Light Detecting and Ranging 光探測(cè)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(jī) 、 建筑物 。 4 激光雷達(dá)的分類 按工作方式可分為： 連續(xù)激光雷達(dá)與脈沖激光雷達(dá) ， CW and Pulse Ladar 脈沖激光雷達(dá)：可測(cè)距離 、 方向 、 高度； 距離：根據(jù)電波由發(fā)射出去到接收回來(lái)所經(jīng)歷的時(shí)間測(cè)定； 方向：根據(jù)收到反射波時(shí)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(dá)：采用調(diào)頻波，根據(jù)發(fā)射波與反射波之間的頻差測(cè)定距離，根據(jù)多普勒原理測(cè)運(yùn)動(dòng)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(cè)距。 5 激光雷達(dá)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(dá)； Coherent and Noncoherent Ladar 以工作原理可分為： 測(cè)距機(jī)、差分吸收與多普勒激光雷達(dá) Range Finders, DIAL(Differential Absorption Lidar)， Doppler Lidar 6 激光雷達(dá)的分類 按運(yùn)載平臺(tái)分為 地基固定式激光雷達(dá)、車載激光雷達(dá)、 機(jī)載激光雷達(dá)、船載激光雷達(dá)、 星載激光雷達(dá)、彈載激光雷達(dá)和手持式激光雷達(dá)等。 按功能分為 激光測(cè)距雷達(dá)、激光測(cè)速雷達(dá)、 激光測(cè)角和跟蹤雷達(dá)、激光成像雷達(dá)， 激光目標(biāo)指示器和生物激光雷達(dá)等。 7 激光雷達(dá)的分類 按用途分為 激光測(cè)距儀、靶場(chǎng)激光雷達(dá)、火控激光雷達(dá)、跟蹤識(shí)別激光雷達(dá)、多功能戰(zhàn)術(shù)激光雷達(dá)、制導(dǎo)激光雷達(dá)、偵毒激光雷達(dá)、導(dǎo)航激光雷達(dá)、氣象激光雷達(dá)和大氣激光雷達(dá)等。 8 激光雷達(dá)的基本工作原理 （ 1） 飛行時(shí)間：脈沖非相干激光雷達(dá) 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(dá) Doppler Effect: Heterodyne CW and pulse coherent lidar （ 3） 差分吸收 :雙波長(zhǎng)脈沖非相干激光雷達(dá) DIALDifferential Absorption Lidar: two wavelengths pulse lidar 9 激光雷達(dá)的特點(diǎn)－高空間分辨能力 空間分辨能力 ： 分辨一定距離處兩個(gè)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(gè)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(gè)物體的能力 ， 以距離 ?D表示； 10 激光雷達(dá)的特點(diǎn)－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(zhǎng) ， D發(fā)射天線直徑 。 激光雷達(dá)： ?： 3?10123?1015Hz， ?： 100?m100nm； 微波雷達(dá)： ?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(dá)： Bmax=1014Hz， ?Dmin=106m， B=109Hz， ?D=； 微波雷達(dá)： Bmax=5?1010Hz， ?Dmin= 11 數(shù)字舉例 表例 激光雷達(dá) 微波雷達(dá) 波長(zhǎng) ? ?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(dá)的特點(diǎn) （ 1）高空間分辨率； （ 2）測(cè)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(qiáng)，不受外界電磁場(chǎng)干擾；波束窄，干擾光波不容易進(jìn)入本信道；寬調(diào)諧，多光譜探測(cè)能力，對(duì)付隱形飛機(jī)； （ 5）可以用于水下探測(cè)和通信，已實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星和深海潛艇的通訊 。 （ 6）體積小、重量輕、造價(jià)低。 13 激光雷達(dá)的缺點(diǎn) （ 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(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)掃描搜索 。 14 激光雷達(dá)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(qiáng)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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