激光雷达及其应用技术现状

bomoaa

●激光雷达是一项正在迅速发展的高新技术，在军事部门具有广泛的用途，受到了各国军事部门的极大关注。国际导弹技术控制法明确指出：“激光雷达系统将激光用于回波测距、定向，并通过位置、径向速度及物体反射特性识别目标，体现了特殊的发射、扫描、接收和信号处理技术”，并把激光雷达作为限制扩散的军事技术之一。 激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。激光问世后的第二年，即1961年，科学家就提出了激光雷达的设想，并开展了研究工作。40年来，激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，陆续开发出不同用途的激光雷达，使激光雷达成为一类具有多种功能的系统。激光雷达之所以受到关注，是因为其具有一系列独特的优点：具有极高的角分辨率、具有极高的距离分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强、比微波雷达的体积和重量小等。但是，激光雷达的技术难度很高，至今尚未成熟，而且在恶劣天气时性能下降，使其应用受到一定的限制。激光雷达仍是一项发展中的技术，有的激光雷达系统已经实用，但许多激光雷达系统仍在研制或探索之中。激光雷达类别可以从不同的角度来划分。若按用途和功能划分，则有精密跟踪激光雷达、制导激光雷达、火控激光雷达、气象激光雷达、侦毒激光雷达、水下激光雷达等；若按工作体制划分，则有单脉冲、连续波、调频脉冲压缩、调频连续波、调幅连续波、脉冲多普勒等体制的激光雷达。下面分别介绍军事部门大力发展的几类激光雷达。●一、侦察用成像激光雷达激光雷达分辨率高，可以采集三维数据，如方位角-俯仰角-距离、距离-速度-强度，并将数据以图像的形式显示，获得辐射几何分布图像、距离选通图像、速度图像等，有潜力成为重要的侦察手段。法国Keopsys公司研制的1.06μm脉冲光纤激光器，具有高脉冲能量>30μJ，重复频率可调5kHz--50kHz，体积紧凑，高稳定性与牢固度，光束质量好，适合激光雷达与地形探测（三维成像）等应用。●二、障碍回避激光雷达许多国家在研制直升机用的障碍回避激光雷达，研制直升机超低空飞行用的障碍回避系统，比如用于探测电话线、动力线之类的障碍。该系统使用激光发射机和旋转全息扫描器，探测直升机前很宽的范围，可将障碍信息显示在平视显示器或头盔显示器上。吊舱中安装激光发射机、接收机、扫描器和支持系统。电子装置由计算机、数据和视频记录器、定时电子系统、功率调节器、制冷系统和控制面板组成。法国Keopsys公司研制的1.5μm二极管泵浦脉冲光纤激光器具有高峰值功率1kW--25kW与高脉冲能量150μJ，重复频率可调1kHz—1MHz，小体积，设计牢固，低功耗，光束质量好，操作安全，适合激光雷达测距以及夜晚飞行与低空飞行中的障碍物探测等应用。●三、大气监测激光雷达激光雷达通过测量大气中自然出现的少量颗粒的后向散射，可以检测风速、探测紊流、实时测量风场等。由于返回的后向散射辐射很微弱，因而大气监测激光雷达需要使用灵敏的接收器。 ●四、制导激光雷达 1.5μm超小体积免制冷脉冲光纤激光器以非制冷二极管泵浦固体激光器为基础的工作波长1μm左右的激光雷达系统，可以提供以距离和强度为基础的高分辨率影像。激光雷达得到的影像不同于红外影像，允许使用比处理红外场景简单的算法实现自主目标捕获。因此，激光雷达寻的器可以为空-地武器提供自主精确制导手段。随着成本的降低，激光雷达寻的器还将用于短程消耗性弹药。美国陆军和空军开展了多项激光雷达制导技术的研究工作。按照国防部的“武器自动目标识别”科技目标，美国陆军正在试验将成像红外传感器自动目标识别用的图形识别算法用于激光雷达。目标是演示将快速响应和低虚警相结合的自动目标识别技术。该技术将允许发展以有限搜索、发射前锁定和发射后锁定模式工作的武器。有效的自动目标识别能力可以给士兵提供直接攻击、发射后不管的武器。这种武器能在发射后捕获目标，锁定丢失后能自动再捕获目标，识别友军，并为弹头选择最佳瞄准点。法国Keopsys公司研制的1.06μm单频窄线宽CW光纤激光器具有窄线宽