【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 送到光電探測(cè)器，經(jīng)鑒相器比較返回光束和發(fā)射光束之間的相位，從而求出相差： 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 ftNN ??? 2)(2 ????N— 整數(shù)周期的數(shù)目； ΔN— 周期的小數(shù)； f — 調(diào)制頻率。 考慮時(shí)間與距離的關(guān)系，有： )(21 NNfcctD ????c— 光速，在測(cè)距機(jī)中，常稱 c/（ 2f） 為測(cè)尺長(zhǎng)度， f為測(cè)尺頻率。 激 光 器 調(diào) 制 器 發(fā) 射 系 統(tǒng)接 收 系 統(tǒng)鑒 相 器顯 示目標(biāo)相位式激光測(cè)距機(jī)系統(tǒng)組成 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 注 ：在鑒相器只能測(cè)出 小數(shù)周期 ， 還未能測(cè)出整數(shù)相位數(shù) N，為此在測(cè)距機(jī)設(shè)置幾種不同的 測(cè)尺頻率進(jìn)行分段測(cè)量 。每一頻率所測(cè)量的距離均 小于 相應(yīng)的測(cè)尺長(zhǎng)度，用它們分段測(cè)量某一距離，然后將各自所測(cè)的結(jié)果組合起來，就可得到所有測(cè)量的距離 激光測(cè)距的作用距離方程 44 22222121 rAtAtrDrTrTKPP ?????? ?????Pr— 接收到的回波信號(hào)功率； Pt— 激光源的發(fā)射功率； TA1— 激光光源到目標(biāo)的大氣透過率； TA2— 目標(biāo)到接收機(jī)的大氣透過率； ηt、 ηr— 發(fā)射、接收光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)效率； K— 激光光束輪廓參數(shù)； θ— 光束束寬； r1— 發(fā)射機(jī)到目標(biāo)距離； r2— 目標(biāo)到接收機(jī)的距離； ?！?目標(biāo)的激光截面； D— 接收機(jī)的接收系統(tǒng)有效孔徑； 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 目標(biāo)跟蹤激光雷達(dá)、精密制導(dǎo)雷達(dá)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)探測(cè)激光雷達(dá)、氣象激光雷達(dá)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、戰(zhàn)場(chǎng)化學(xué)毒劑探測(cè)雷達(dá)等。 第五章 激光探測(cè)技術(shù) 激光雷達(dá)簡(jiǎn)介 分類 按功能分 按測(cè)量參數(shù)分 有回波強(qiáng)度測(cè)量、目標(biāo)距離測(cè)量、目標(biāo)速度測(cè)量、目標(biāo)角位置測(cè)量、吸收或散射光譜測(cè)量 按激光發(fā)射波形調(diào)制技術(shù)分 有脈沖、連續(xù)、調(diào)幅、調(diào)頻、混合式 按回波信號(hào)探測(cè)方法分 有直接探測(cè)和相干探測(cè) 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 激光雷達(dá) 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 外差激光雷達(dá)原理 激 光 發(fā) 射 機(jī) 光 學(xué) 調(diào) 制 器發(fā) 射 / 接 收隔 離 器擴(kuò) 束 光 線 系統(tǒng)掃 描 光 學(xué) 系統(tǒng)目 標(biāo)本 地 振 蕩 激光 器成 像 光 學(xué) 系統(tǒng)光 檢 測(cè) 器匹 配 濾 波（ 高 通 ）信 號(hào) 處 理數(shù) 據(jù) 處 理 與輸 出光 學(xué) 混 頻 器外差激光雷達(dá)系統(tǒng)組成 ? 激光發(fā)射機(jī)發(fā)射出 單頻穩(wěn)頻激光束 ，經(jīng)整形光學(xué)元件使其光束發(fā)散角和光束直徑與激光雷達(dá)其它部分匹配。激光束經(jīng)收 /發(fā)隔離器使收、發(fā)光路分開。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 ? 發(fā)射激光束經(jīng)擴(kuò)束和掃描光學(xué)系統(tǒng)射向目標(biāo)，由目標(biāo)反射回來的激光信號(hào)反向經(jīng)過掃描器和擴(kuò)束器后，在收 /發(fā)隔離器內(nèi)與發(fā)射光路分開并到達(dá)光學(xué)混頻器。 ? 在此與本地振蕩光混頻，混頻后的光束經(jīng)成像光學(xué)系統(tǒng)聚焦到光學(xué)檢測(cè)器上，光學(xué)檢測(cè)器輸出差頻信號(hào)，經(jīng)高通匹配濾波器消除背景噪聲低頻信號(hào)與本地振蕩直流信號(hào)。最后將獲得的差頻電信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理器及數(shù)據(jù)處理輸出。 如信號(hào)光場(chǎng)為 : )c o s ( 00 ssss tEE ?? ?? 本地振蕩光場(chǎng)為 : )c o s ( 00 LLLL tEE ?? ?? 則兩束光混頻后產(chǎn)生的差頻光強(qiáng)度為 : )]}()co s[ (2{)( 00002 02 0 LsLsLssL tEEEEtI ????? ??????中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 式 I（ t）為探測(cè)器光敏面上的光功率強(qiáng)度， W/m2，探測(cè)到的光信號(hào)包括三部分，即回波光信號(hào)、本地振蕩光信號(hào)及外差拍頻信號(hào)。 注 ：其中前兩項(xiàng) 直流信號(hào) 通過高通濾波器后 被清除 ，最后只剩下差頻信號(hào)。 外差接收技術(shù)的特點(diǎn)：極高的探測(cè)靈敏度、包含更多的信息，比直接探測(cè)靈敏度高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)測(cè)量 激光測(cè)速 方法一：對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)測(cè)距，由距離隨時(shí)間的變化率計(jì)算出目標(biāo)的速度。測(cè)量速度精度不高； 方法二：采用外差多普勒頻移效應(yīng)測(cè)量。目標(biāo)多普勒頻移量為： 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 頻移量 與 激光波長(zhǎng) 成 反比 ，因此激光產(chǎn)生的頻移量比無線電雷達(dá)大許多倍，目標(biāo)速度測(cè)量精度比無線電雷達(dá)高許多。 ?Tdvf 2? λ— 激光波長(zhǎng)； vT— 目標(biāo)徑向速度； 角度測(cè)量 采用多元探測(cè)器（如四象限探測(cè)器）。目標(biāo)被激光照射后產(chǎn)生回波信號(hào)成像，由于每個(gè)象限元參數(shù)相同且彼此絕緣，所以 每個(gè)象限元接收回波光能量不同 ，每個(gè)象限信號(hào)大小不同。比較相鄰兩個(gè)象限的信號(hào)幅度就能判斷出角偏差。當(dāng)四個(gè)象限元的 信號(hào)強(qiáng)度相等 時(shí)所對(duì)準(zhǔn)的角度就是目標(biāo) 準(zhǔn)確的空間角度 。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 激光雷達(dá)目標(biāo)特征識(shí)別 方法一：角分辨距離成像；如同電視光柵掃描方式連續(xù)掃描，目標(biāo)形狀用灰度或彩色顯示出來，從而可通過目標(biāo)三維外形輪廓識(shí)別。 方法二：速度角分率掃描成像；探測(cè)并區(qū)分運(yùn)動(dòng)目標(biāo)與地物背景，用于飛機(jī)或?qū)椀匦纹ヅ涓櫤驼系K回避。 方法三：距離多普勒成像；區(qū)分目標(biāo)各個(gè)部分的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 方法四：多普勒頻移識(shí)別技術(shù)；根據(jù)每個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)具有的機(jī)械振動(dòng)頻譜，目標(biāo)受激光照射后目標(biāo)表面的機(jī)械振動(dòng)對(duì)激光束進(jìn)行調(diào)制并產(chǎn)生多普勒頻移。把測(cè)得的信號(hào)頻譜經(jīng)變換處理與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中各個(gè)目標(biāo)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，自動(dòng)判斷結(jié)果。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 磁共振法測(cè)量磁場(chǎng) 激光探測(cè)的抗干擾措施 探測(cè)系統(tǒng)的噪聲組成 ① 背景干擾噪聲 。 包括太陽的直射或經(jīng)地物漫反射的雜散光，在中紅外波段主要是來自背景的自熱輻射。 ② 探測(cè)器 的幾種主要的 固有噪聲 散粒噪聲； 與光電探測(cè)器的暗電流有關(guān)，與工作頻率無關(guān)。 熱噪聲； 任何電阻材