[信息與通信]第五章激光探測技術(shù)-展示頁
2025-03-31 06:56本頁面
【正文】 E2態(tài)的壽命極短，所以 E2態(tài)上存在的原子數(shù)總是接近于零。為了實現(xiàn)光放大，必須選用適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)，采用特殊的手段 破壞粒子數(shù)平衡 ，使得 高能態(tài)原子數(shù)遠遠大于低能態(tài)原子數(shù) 。 受激輻射示意圖 中北大學(xué)機電工程學(xué)院 激光的全稱“ 受激輻射的光放大 ”。 ? 原子吸收 ? 自發(fā)輻射 處于激發(fā)態(tài)的原子釋放光子返回基態(tài)的過程。躍遷的形式包括： 吸收 和 輻射 。（ 穩(wěn)定 ） ? 激發(fā)態(tài) 處于基態(tài)以上的能級。 第五章 激光探測技術(shù) Sick公司的 LMS 291激光探測系統(tǒng) 中北大學(xué)機電工程學(xué)院 激光的產(chǎn)生 ? 基態(tài) 按量子力學(xué)原理，任何原子、離子或分子只能穩(wěn)定地存在于 一系列能量不連續(xù)的定態(tài)中 （或存在于一系列分立的能級狀態(tài)中）。繪制出車輛前方的地形，其次是探測越野路線兩旁的石頭、碎片等障礙物。中北大學(xué)機電工程學(xué)院 第五章、激光探測技術(shù) 本章學(xué)習(xí)要求： 1. 理解激光產(chǎn)生的基本原理 2. 熟練掌握激光的定距及測距原理 3. 了解激光雷達的基本原理 4. 掌握激光探測的抗干擾措施 探測與識別技術(shù) 中北大學(xué)機電工程學(xué)院 第五章 激光探測技術(shù) 典型應(yīng)用之一 — 激光測距儀 Leica DISTO A２激光測距儀性能指標： 典型測量精度 : +/ mm 測量范圍 : 60m 測量單位 : 1mm 每電池組可測量 : 至 5， 000次 電池 : 9V復(fù)合電池 防雨 /防塵 : IP54 尺寸 : 124 55 35mm 連同電池的重量 : 152g 功能：面積 ,體積測量；跟蹤測量；加 /減功能；放樣 功能；顯示屏照明功能 溫度范圍 用途：適合進行室內(nèi)設(shè)計 ,施工等工作的專業(yè)人士使用 Leica DISTO A２ 激光測距儀 中北大學(xué)機電工程學(xué)院 典型應(yīng)用之二 — 激光探測系統(tǒng) 2022年年底，在美國國防部的 Grand Challenge無人駕駛挑戰(zhàn)賽中，幾乎所有參賽車輛都使用了激光探測系統(tǒng)（ LMS）作為它們的“眼睛”。 LMS 291安裝在這輛車的車頂上， 主要作用是在 XY平面上描繪出車輛前方道路，然后利用機載電腦繪制出車輛行駛前方的 3維圖像（在 Z平面上）。 LMS 291的最大探測距離為 80米，分辨率為 10毫米。其中原子的 最低 能級。（ 不穩(wěn)定 ） 第五章 激光探測技術(shù) 相關(guān)概念 ? 躍遷 原子能量的變化。 中北大學(xué)機電工程學(xué)院 吸收 兩能級之差的能量，由 基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài) 的過程。 ? 受激輻射 在發(fā)生自發(fā)輻射前，受到外來關(guān)子作用的兩能級之差的能量，由 激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài) ，同時 釋放一相同狀態(tài)的光子 。 光放大示意圖 產(chǎn)生激光的條件 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 熱平衡狀態(tài)下，粒子數(shù)滿足波爾茲曼分布，低能態(tài)粒子數(shù)遠遠大于高能態(tài)原子數(shù)。 中北大學(xué)機電工程學(xué)院 外界供給系統(tǒng)一合適的能量，使工作物質(zhì)的原子一次躍遷至激發(fā)態(tài) E4，而后通過無輻射躍遷很快地躍遷至亞穩(wěn)態(tài) E3 ，在此態(tài)停留一段時間（約為 103s），之后躍遷至激發(fā)態(tài) E2，很快地又從 E2態(tài)返回 E1。這樣就很容易地在 E3與 E2間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 。當(dāng)光線在其間反射時，只有平行于鏡面法線的光線保留下來其他方向的光線經(jīng)過多次反射后逸出腔外，平行于法線的光線在平行腔內(nèi)不斷振蕩同時激發(fā)新的受激輻射而使這一組平行光不斷增強，最后從窗口 M2射出。 2?kL ?閾值條件 外部環(huán)境必須滿足一定的閾值條件，包括 減少損失 ，加快抽運速度 ， 促進反轉(zhuǎn) 等。一般為 105～ 108球面度。 中北大學(xué)機電工程學(xué)院 ? 單色性好 普通光源如鈉燈、汞燈等得到單色光的譜線寬度為 102納米，激光的譜線寬度為 109納米。該產(chǎn)品可以 感知導(dǎo)彈距地面的高度 ，根據(jù)預(yù)先裝定，在導(dǎo)彈越過目標或未及目標時引出爆彈頭，使彈頭碎片取得最大的殺傷效果。 的發(fā)射接受視場。 脈 沖 調(diào) 制 器點 火 電 路激 光 器信 號 處 理光 敏 管發(fā) 射 光學(xué) 系 統(tǒng)接 收 光學(xué) 系 統(tǒng)目標作用區(qū) 接收視場 中北大學(xué)機電工程學(xué)院 由于半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光通常具有較大的束散角，所以采用 凸透鏡或透鏡組 對激光器發(fā)出的激光 進行準直 ，并采用 柱鏡或反射光錐 在彈體徑向 進行擴束 。一般 單個透鏡 ，并將光電探測器 放在透鏡焦平面 上。 22)(RAeRKPP rRrttr ???? ???Pr— 接收功率； Pt— 發(fā)射功率； ηt— 發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)效率； ηr— 接收光學(xué)系統(tǒng)效率；K(R)— 發(fā)射視場與接收視場部分重合造成的衰減； ρ— 目標發(fā)射率； σ— 大氣衰減系數(shù)； R— 激光器到目標的距離； Ar— 接收光學(xué)系統(tǒng)的孔徑面積； 中北大學(xué)機電工程學(xué)院 光電探測器中主要采用 光敏二極管 。正常工作時，在 未受光照時 ， 電流幾乎為零 ； 受光照時 ， 電流迅速增加 并隨光強度增加而增大。 特點 優(yōu)點：定距精度高； 360度全向探測；處理電路簡單。 中北大學(xué)機電工程學(xué)院 原理 脈沖調(diào)制器激勵半導(dǎo)體激光器發(fā)射光脈沖，通過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)形成一定形狀的激光束，光脈沖照射到目標后，一部分光反射到接收光學(xué)系統(tǒng)，然后聚在光敏管上輸出電脈沖，經(jīng)過放大整形等信號處理送到選通器。 通過適當(dāng)?shù)难訒r可以實現(xiàn)預(yù)定距離范圍內(nèi)起爆 。 原因：多級放大器的噪聲模型為，等效到輸入端的噪聲電壓為 ： 組成 ? 放大電路 222212222221222323212122222212122nonnnnnonnonnnnnsni KKKrIEKKrIE
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