激光雷達(dá)工作原理兩種

激光雷達(dá)(英文：Laser Radar [1])，是以發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。其工作原理是向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)(激光束)，然后將接收到的從目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較，作適當(dāng)處理后，就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息，如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，從而對(duì)飛機(jī)、導(dǎo)彈等目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤和識(shí)別。它由激光發(fā)射機(jī)、光學(xué)接收機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機(jī)再把從目標(biāo)反射回來(lái)的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。

LiDAR(Light Detection and Ranging)，是激光探測(cè)及測(cè)距系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，另外也稱Laser Radar [1]或LADAR(Laser Detection and Ranging) [2]。用激光器作為發(fā)射光源，采用光電探測(cè)技術(shù)手段的主動(dòng)遙感設(shè)備。激光雷達(dá)是激光技術(shù)與現(xiàn)代光電探測(cè)技術(shù)結(jié)合的先進(jìn)探測(cè)方式。由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng) 、信息處理等部分組成。發(fā)射系統(tǒng)是各種形式的激光器，如二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器、半導(dǎo)體激光器及波長(zhǎng)可調(diào)諧的固體激光器以及光學(xué)擴(kuò)束單元等組成;接收系統(tǒng)采用望遠(yuǎn)鏡和各種形式的光電探測(cè)器，如光電倍增管、半導(dǎo)體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見(jiàn)光多元探測(cè)器件等組合。激光雷達(dá)采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測(cè)方法按照探測(cè)的原理不同可以分為米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射、熒光、多普勒等激光雷達(dá)。

“雷達(dá)”是一種利用電磁波探測(cè)目標(biāo)位置的電子設(shè)備.電磁波其功能包括搜索目標(biāo)和發(fā)現(xiàn)目標(biāo);測(cè)量其距離,速度,角位置等運(yùn)動(dòng)參數(shù);測(cè)量目標(biāo)反射率,散射截面和形狀等特征參數(shù)。

傳統(tǒng)的雷達(dá)是微波和毫米波波段的電磁波為載波的雷達(dá)。激光雷達(dá)以激光作為載波.可以用振幅、頻率、相位和振幅來(lái)搭載信息，作為信息載體。

激光雷達(dá)利用激光光波來(lái)完成上述任務(wù)?？梢圆捎梅窍喔傻哪芰拷邮辗绞?，這主要是一脈沖計(jì)數(shù)為基礎(chǔ)的測(cè)距雷達(dá)。還可以采用相干接收方式接收信號(hào)，通過(guò)后置信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)探測(cè)。激光雷達(dá)和微波雷達(dá)并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，在原理框圖上也十分類似，見(jiàn)下圖

激光雷達(dá)是工作在光頻波段的雷達(dá)。與微波雷達(dá)的原理相似，它利用光頻波段的電磁波先向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)，然后將其接收到的同波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)相比較，從而獲得目標(biāo)的位置(距離、方位和高度)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(速度、姿態(tài))等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)、跟蹤和識(shí)別。

激光雷達(dá)由發(fā)射，接收和后置信號(hào)處理三部分和使此三部分協(xié)調(diào)工作的機(jī)構(gòu)組成。激光光速發(fā)散角小，能量集中，探測(cè)靈敏度和分辨率高。多普勒頻移大，可以探測(cè)從低速到高速的目標(biāo)。天線和系統(tǒng)的尺寸可以作得很小。利用不同分子對(duì)特定波長(zhǎng)得激光吸收、散射或熒光特性，可以探測(cè)不同的物質(zhì)成分，這是激光雷達(dá)獨(dú)有的特性。

激光雷達(dá)的種類

目前，激光雷達(dá)的種類很多，但是按照現(xiàn)代的激光雷達(dá)的概念，常分為以下幾種:

按激光波段分：有紫外激光雷達(dá)、可見(jiàn)激光雷達(dá)和紅外激光雷達(dá)。

按激光介質(zhì)分：有氣體激光雷達(dá)、固體激光雷達(dá)、半導(dǎo)體激光雷達(dá)和二極管激光泵浦固體激光雷達(dá)等。

按激光發(fā)射波形分：有脈沖激光雷達(dá)、連續(xù)波激光雷達(dá)和混合型激光雷達(dá)等。

按顯示方式分：有模擬或數(shù)字顯示激光雷達(dá)和成像激光雷達(dá)。

按運(yùn)載平臺(tái)分：有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：有激光測(cè)距雷達(dá)、激光測(cè)速雷達(dá)、激光測(cè)角雷達(dá)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。

按用途分：有激光測(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)、偵毒激光雷達(dá)、導(dǎo)航激光雷達(dá)、氣象激光雷達(dá)、偵毒和大氣監(jiān)測(cè)激光雷達(dá)等。

在具體應(yīng)用時(shí)，激光雷達(dá)既可單獨(dú)使用，也能夠同微波雷達(dá)，可見(jiàn)光電視、紅外電視或微光電視等成像設(shè)備組合使用，使得系統(tǒng)既能搜索到遠(yuǎn)距離目標(biāo)，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精密跟蹤。

激光雷達(dá)與微波雷達(dá)比較

激光雷達(dá)的波長(zhǎng)比微波短好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，又有更窄的波束。因此，于微波雷達(dá)相比，激光雷達(dá)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、角分辨率高，速度分辨率高和距離分辨率高。采用距離-多普勒成像技術(shù)可以得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的高分辨率的清晰圖象。

2、抗干擾能力強(qiáng)，隱蔽性好;激光不受無(wú)線電波干擾，能穿越等離子鞘，低仰角工作時(shí)，對(duì)地面多路徑效率不敏感。激光束很窄，只有在被照射的那一點(diǎn)，那瞬間，才能被接收，所以激光雷達(dá)發(fā)射的激光被截獲的概率很低。

3、激光雷達(dá)的波長(zhǎng)短，可以在分子量級(jí)上對(duì)目標(biāo)探測(cè)。這是微波雷達(dá)無(wú)能為力的。

4、在功能相同的情況下，比微波雷達(dá)體積小，重量輕。

當(dāng)然，激光雷達(dá)也有如下缺點(diǎn)：

1、激光受大氣及氣象影響大。大氣衰減和惡劣天氣使作用距離降低。此外，大氣湍流會(huì)降低激光雷達(dá)的測(cè)量精度。

2、激光束窄，難以搜索目標(biāo)和捕獲目標(biāo)。一般先有其他設(shè)備實(shí)施大空域、快速粗捕目標(biāo)，然后交由激光雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精密跟蹤測(cè)量。

激光雷達(dá)探測(cè)原理

激光雷達(dá)最重要的性能參數(shù)是系統(tǒng)信噪比(SNR)。下圖給出了激光雷達(dá)的非相干和相干接收機(jī)方框圖。

背景噪聲

非相干接收機(jī)除了信號(hào)光功率Ps以外，還有附加項(xiàng)，即背景光功率PBK。。它是由太陽(yáng)光和物體的自身輻射，物體對(duì)輻射的反射、漫反射和閃爍等引起的不必要的噪聲信號(hào)在接收機(jī)非線性光探測(cè)器中變?yōu)殡娦盘?hào)和被放大，經(jīng)過(guò)匹配濾波器和其他抑制噪聲的措施后，產(chǎn)生一個(gè)視頻帶寬的有效信號(hào)。

相干接收機(jī)中，除了激光器所發(fā)出的頻率為f0的信號(hào)光外還有經(jīng)過(guò)光束分束器的本振光。信號(hào)光的回波和本振光一同耦合到光探測(cè)。除了接收到光信號(hào)光功率PS，外本地震蕩光功率PLo，它們一同與背景噪聲項(xiàng)PBK相競(jìng)爭(zhēng)，結(jié)果就壓抑了噪聲。