激光雷达的原理介绍

来源:未知 日期:2021-07-02 作者:zqdl   

激光雷达(英文:Laser Radar),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。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成,激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去,光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲,送到显示器。
激光雷达的原理:
由激光器发射出的脉冲激光由空中入射到地面上,打到树木上,道路上,桥梁上,房子上,引起散射。一部分光波会经过反射返回到到激光雷达的接收器中。接收器通常是一个光电倍增管或一个光电管,它将光信号转变为电信号,记录下来。同时由所配备的计时器记录下来同一个脉冲光信号由发射到被接收的时间T。于是,就能够得到由飞机上的的激光雷达到地面上的目标物的距离R为: R = CT/2。这里C代表光速,是一个常数,即C=300,000公里/秒。激光雷达每一个脉冲激光的大距离分辨率(maximum range resolution)也可由以下公式给出:<br/>⊿R = C/2·(tL+tN+tW) 这里,tL代表激光脉冲的长度,tN代表接收器电子器件的时间常数,tW代表激光与目标物体的碰撞时间常数。对于一个Q-开关的Nd:YAG激光器,它的脉冲常数是10纳秒,接收器电子器件的时间常数stN一般是50纳秒到200纳秒,激光与目标物体的碰撞时间常数tW较小,一般忽略不计。因此,距离分辨率⊿R一般在7.5米到30米。
激光雷达由发射系统、接收系统 、信息处理三部分组成:激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去,光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲,然后经过一系列算法来得出目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状,可以探测、识别、分辨和跟踪目标。
激光雷达也分很多类别。从调制出发,目前主要有直接探测激光雷达和相干探测激光雷达。现在常见的,包括自动驾驶、机器人、测绘所用的,基本上属于直接探测激光雷达。比较特殊的,比如测风、测速之类的雷达,则一般采用的是相干调制。

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