激光雷達工作原理兩種

激光雷達(英文：Laser Radar [1])，是以發(fā)射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統(tǒng)。其工作原理是向目標發(fā)射探測信號(激光束)，然后將接收到的從目標反射回來的信號(目標回波)與發(fā)射信號進行比較，作適當處理后，就可獲得目標的有關信息，如目標距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，從而對飛機、導彈等目標進行探測、跟蹤和識別。它由激光發(fā)射機、光學接收機、轉臺和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機再把從目標反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。

LiDAR(Light Detection and Ranging)，是激光探測及測距系統(tǒng)的簡稱，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，采用光電探測技術手段的主動遙感設備。激光雷達是激光技術與現(xiàn)代光電探測技術結合的先進探測方式。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、半導體激光器及波長可調諧的固體激光器以及光學擴束單元等組成;接收系統(tǒng)采用望遠鏡和各種形式的光電探測器，如光電倍增管、半導體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測器件等組合。激光雷達采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測方法按照探測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。

“雷達”是一種利用電磁波探測目標位置的電子設備.電磁波其功能包括搜索目標和發(fā)現(xiàn)目標;測量其距離,速度,角位置等運動參數(shù);測量目標反射率,散射截面和形狀等特征參數(shù)。

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

激光雷達利用激光光波來完成上述任務。可以采用非相干的能量接收方式，這主要是一脈沖計數(shù)為基礎的測距雷達。還可以采用相干接收方式接收信號，通過后置信號處理實現(xiàn)探測。激光雷達和微波雷達并無本質區(qū)別，在原理框圖上也十分類似，見下圖

激光雷達是工作在光頻波段的雷達。與微波雷達的原理相似，它利用光頻波段的電磁波先向目標發(fā)射探測信號，然后將其接收到的同波信號與發(fā)射信號相比較，從而獲得目標的位置(距離、方位和高度)、運動狀態(tài)(速度、姿態(tài))等信息，實現(xiàn)對目標的探測、跟蹤和識別。

激光雷達由發(fā)射，接收和后置信號處理三部分和使此三部分協(xié)調工作的機構組成。激光光速發(fā)散角小，能量集中，探測靈敏度和分辨率高。多普勒頻移大，可以探測從低速到高速的目標。天線和系統(tǒng)的尺寸可以作得很小。利用不同分子對特定波長得激光吸收、散射或熒光特性，可以探測不同的物質成分，這是激光雷達獨有的特性。

激光雷達的種類

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

按激光波段分：有紫外激光雷達、可見激光雷達和紅外激光雷達。

按激光介質分：有氣體激光雷達、固體激光雷達、半導體激光雷達和二極管激光泵浦固體激光雷達等。

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

按顯示方式分：有模擬或數(shù)字顯示激光雷達和成像激光雷達。

按運載平臺分：有地基固定式激光雷達、車載激光雷達、機載激光雷達、船載激光雷達、星載激光雷達、彈載激光雷達和手持式激光雷達等。

按功能分：有激光測距雷達、激光測速雷達、激光測角雷達和跟蹤雷達、激光成像雷達，激光目標指示器和生物激光雷達等。

按用途分：有激光測距儀、靶場激光雷達、火控激光雷達、跟蹤識別激光雷達、多功能戰(zhàn)術激光雷達、偵毒激光雷達、導航激光雷達、氣象激光雷達、偵毒和大氣監(jiān)測激光雷達等。

在具體應用時，激光雷達既可單獨使用，也能夠同微波雷達，可見光電視、紅外電視或微光電視等成像設備組合使用，使得系統(tǒng)既能搜索到遠距離目標，又能實現(xiàn)對目標的精密跟蹤。

激光雷達與微波雷達比較

激光雷達的波長比微波短好幾個數(shù)量級，又有更窄的波束。因此，于微波雷達相比，激光雷達具有如下優(yōu)點：

1、角分辨率高，速度分辨率高和距離分辨率高。采用距離-多普勒成像技術可以得到運動目標的高分辨率的清晰圖象。

2、抗干擾能力強，隱蔽性好;激光不受無線電波干擾，能穿越等離子鞘，低仰角工作時，對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，那瞬間，才能被接收，所以激光雷達發(fā)射的激光被截獲的概率很低。

3、激光雷達的波長短，可以在分子量級上對目標探測。這是微波雷達無能為力的。

4、在功能相同的情況下，比微波雷達體積小，重量輕。

當然，激光雷達也有如下缺點：

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，大氣湍流會降低激光雷達的測量精度。

2、激光束窄，難以搜索目標和捕獲目標。一般先有其他設備實施大空域、快速粗捕目標，然后交由激光雷達對目標進行精密跟蹤測量。

激光雷達探測原理

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

背景噪聲

非相干接收機除了信號光功率Ps以外，還有附加項，即背景光功率PBK。。它是由太陽光和物體的自身輻射，物體對輻射的反射、漫反射和閃爍等引起的不必要的噪聲信號在接收機非線性光探測器中變?yōu)殡娦盘柡捅环糯?，?jīng)過匹配濾波器和其他抑制噪聲的措施后，產(chǎn)生一個視頻帶寬的有效信號。

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