激光雷达原理示意图

激光雷达应用
激光雷达的作用是能精确测量目标 位置（距离和角度）、运动状态 （速度、振动和姿态）和形状，探 测、识别、分辨和跟踪目标。经过 多年努力，科学家们已研制出火控 激光雷达、侦测激光雷达、导弹制 导激光雷达、靶场测量激光雷达、 导航激光雷达等。
相干激光雷达技术
雷达探测主要分为直接探测和相干探测两类，其中直 接探测比较简单，即将接收到的光能量聚焦到光敏元件上， 并产生与入射光功率成正比的电压或电流。由此可以看出， 该过程与传统的被动光学接收或典型的测距机原理大致相 同。因而，这里主要讨论相干探测。 所谓相干探测，就是到达探测器的不仅是信号波，而是 信号波与某一参考波的相干混合的结果。根据参考波的辐 射源及特性的不同，又可分为外差探测、零拍探测。
激光雷达按其结构可分为单稳与双稳两类，双稳系 统中发射部分与接收部分异地放置，目的是提高空 间分辨率。当前脉宽为ns级的激光可提供相当高的 空间分辨率，故双稳系统已很少采用，单稳态系统 往往是单端系统，发射与接收信号共用一个光学孔 径，并由发送、接收(T / R)开关隔离，如图：
激光器
光束整形系统
图1
透射式接收望远镜
图2 反射式接收望远镜
处理系统
激光雷达的信号检测处理系统包括放大器显示 器和微机等。放大器的作用是除去经过光电探测器 的目标散射电信号与本地振荡电信号复合后的电信 号中的直流分量,获取载有目标全部信息的外差信号。 显示器通常用于按强度-时间的形式来实时显示激光 雷达回波信号。显示器通常由一台高频示波器(带宽 100MHz 以上)担任,直接显示来自放大器的激光雷达 回波。从显示器上可以清楚地看出激光雷达回波的 特征和变化,因此显示器对监视激光雷达的工作状态 和指导激光雷达的整机调整都非常有用。微机通常 用于探测结果的实时显示、回波数据的自动采集、 激光雷达的自动调控以及回波数据的反演处理和各 种数据显示方式的处理。

隐蔽性好、抗有源干扰能力强 激光直线传播、方向性好、光束非常窄,只有在 其传播路径上才能接收到，因此敌方截获非常困难， 且激光雷达的发射系统(发射望远镜)口径很小,可接 收区域窄，有意发射的激光干扰信号进入接收机的 概率极低；另外，与微波雷达易受自然界广泛存在 的电磁波影响的情况不同，自然界中能对激光雷达 起干扰作用的信号源不多，因此激光雷达抗有源干 扰的能力很强,适于工作在日益复杂和激烈的信息战 环境中。
激光雷达的原理
一个最基本的激光雷达系统如图所示，激光器发出的激光 经整形和扩束后由发射扫描系统向目标发射，返回信号经 接收扫描进入接收系统，随后被送往探测器，光信号在这 里转变为电信号，并到达计算机进行处理，经处理的信号 可以适当方式存储或显示，计算机除进行数据处理外，还 对激光发射和探测器门电路实行时序控制。
激光雷达
激光雷达
激光雷达的概念 激光雷达的优点 激光雷达的原理 激光雷达的应用
激光雷达的概念
激光雷达(Light Laser Detection and Ranging)是激光探测及测距的简称。 激光雷达是激光技术与传统雷达技术相结 合的产物，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。 测量距离实际是测量发射脉冲与回波 脉冲之间的时间差，通过激光的传播速度 ，就能得到目标的精确距离。
T/ R开关
望远镜
计算机与时序控制装置
光电探测器
存储与显示装置
对所有的激光雷达而言, 它们都由发射、 接收和信号检测处理三个主要部分组成。
激光
发射系统
激光雷达的发射系统由激光器和发射望远镜组 成。虽然大多数激光器本身就具有很好的光 束准直性能,但对于要求较高的激光雷达而言, 直接从激光器发射的光束的准直性能尚不能 满足应用要求。此时就需要由发射望远镜的 光束准直器来进一步提高发射激光束的准直 特性。常用的两种光束准直器是开普勒式和 伽利略式光束准直器。
低空探测性能好
微波雷达由于存在各种地物回波的影响, 低空存在有一定区域的盲区(无法探测的区域)。 而对于激光雷达来说,只有被照射的目标才会 产生反射,完全不存在地物回波的影响，因此 可以"零高度"工作，低空探测性能较微波雷达 强了许多。
体积小、质量轻
通常普通微波雷达的体积庞大，整套系 统质量数以吨记，光天线口径就达几米甚至 几十米。而激光雷达就要轻便、灵巧得多,发 射望远镜的口径一般只有厘米级,整套系统的 质量最小的只有几十公斤，架设、拆收都很 简便。而且激光雷达的结构相对简单，维修 方便，操纵容易，价格也较低。
激光雷达的优点主要有：

分辨率高 激光雷达可以获得极高的角度、距离和速 度分辨率。通常角分辨率不低于0.1mard 也就是说可以分辨3km距离上相距0.3m 的两个目标(这是微波雷达无论如何也办 不到的),并可同时跟踪多个目标；距离分 辨率可达0.lm；速度分辨率能达到10m/s 以内。距离和速度分辨率高,意味着可以 利用距离——多谱勒成像技术来获得目标 的清晰图像。分辨率高,是激光雷达的最 显著的优点,其多数应用都是基于此。
接收系统
激光雷达的接收系统由接收望远镜、窄带滤光器 和光电探测器组成,对于有多个接收通道的激光雷达 而言还会有通道分光器。接收望远镜分透射式和反 射式。接收望远镜处在激光雷达接收系统的最前端, 用于接收目标的回波光信号,其作用相当于微波雷达 的接收天线。合适的孔径、合适的接收视场以及良 好的透光效率是对接收望远镜的基本要求,有助于提 高接收信噪比,减小探测盲区。接收望远镜分透射式 和反射式。小口径接收望远镜通常用透射式。如图1 所示。对于大口径接收望远镜,往往采用反射式接收 望远镜。常见的反射式望远镜如图2所示。
测量目标方位是利用天线的尖锐方位 波束测量。
测量仰角靠窄的仰角波束测量。根据 仰角和距离就能计算出目标高度。
激光雷达的优点
与普通雷达相比，激光雷达是 传统微波雷达向光学频段的延伸。 微波雷达工作波长在1～1000 mm , 而激光雷达的工作波长在0. 1～ 10μ m ,两者相差4～5 个数量级。 电磁波工作波长的大大缩短和光束 指向性的提高,导致激光与被探测物 质的相互作用进入微观层次,使激光 雷达探测的空间分辨率和探测灵敏 度大大增强。