激光雷達(dá)具備獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),如極高的距離分辨率和角分辨率、速度分辨率高、測(cè)速范圍廣、能獲得目標(biāo)的多種圖像、抗干擾能力強(qiáng)、比微波雷達(dá)的體積和重量小等。這使得激光雷達(dá)能精確測(cè)量目標(biāo)位置(距離和角度)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(速度、振動(dòng)和姿態(tài))和形狀,探測(cè)、識(shí)別、分辨和跟蹤目標(biāo)。
.<x&IJ / C)@y5. G; 自1961年科學(xué)家提出激光雷達(dá)的設(shè)想,歷經(jīng) 40余年,激光雷達(dá)技術(shù)從最簡(jiǎn)單的激光測(cè)距技術(shù)開始,逐步發(fā)展了激光跟蹤、激光測(cè)速、激光掃描
成像、激光多普勒成像等技術(shù),進(jìn)而研發(fā)出不同用途的激光雷達(dá),如精密跟蹤激光雷達(dá)、偵測(cè)激光雷達(dá)、偵毒激光雷達(dá)、靶場(chǎng)測(cè)量激光雷達(dá)、火控激光雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)激光雷達(dá)、氣象激光雷達(dá)、水下激光雷達(dá)、導(dǎo)航激光雷達(dá)等。激光雷達(dá)已成為一類具有多種功能的
系統(tǒng)。目前,激光雷達(dá)在低空飛行直升機(jī)障礙物規(guī)避、化學(xué)和生物戰(zhàn)劑探測(cè)和水下目標(biāo)探測(cè)等軍事領(lǐng)域方面已進(jìn)入實(shí)用階段,其它軍事應(yīng)用研究亦日趨成熟。它在工業(yè)和自然科學(xué)領(lǐng)域的作用也日益顯現(xiàn)出來。
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F\"C@ 微波雷達(dá)接收的信號(hào)大多數(shù)情況下為目標(biāo)物的反射信號(hào),而激光雷達(dá)可以接收反射信號(hào),也可以接收彈性散射信號(hào),如瑞利散射( Rayleigh scattering) 、米散射( Mie scattering) 信號(hào)、共振散射信號(hào)( resonancescattering) 、熒光信號(hào)( fluorescence) 及拉曼散射信號(hào)( Raman scattering) 。
%,6#2X nX% {|&5_][ 激光雷達(dá)三維成像 GqaDL3Niqs _aad=BrMK 激光雷達(dá)系統(tǒng)主要由激光發(fā)射部分(脈沖
激光器)、
光子接收部分(
望遠(yuǎn)鏡)、光子檢測(cè)采集部分(后續(xù)光路系統(tǒng)和信號(hào)檢測(cè)采集系統(tǒng))三個(gè)基本部分組成。激光器向空中發(fā)射激光脈沖,該激光脈沖在向上傳播的過程中不斷與大氣中原子分子發(fā)生相互作用,一旦該脈沖進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng),則相互作用產(chǎn)生的回波將被望遠(yuǎn)鏡接收,該信號(hào)經(jīng)過檢測(cè)和處理后即可得到激光雷達(dá)回波信號(hào)。
.TND a& zr+zhpp 軍事領(lǐng)域應(yīng)用 4'g;TI^ >L;eO'D 偵察用成像激光雷達(dá)
]b7zJUz E*V`":efS 激光雷達(dá)分辨率高,可以采集三維數(shù)據(jù),如方位角-俯仰角-距離、距離-速度-強(qiáng)度,并將數(shù)據(jù)以圖像的形式顯示,獲得輻射幾何分布圖像、距離選通圖像、速度圖像等,有潛力成為重要的偵察手段。
{*0<T|<n `e}bdj 美國雷錫昂公司研制的ILR100激光雷達(dá),安裝在高性能飛機(jī)和無人機(jī)上,在待偵察地區(qū)的上空以120~460m的高度飛行,用GaAs激光進(jìn)行行掃描。獲得的影像可實(shí)時(shí)顯示在飛機(jī)上的陰極射線管顯示器上,或通過數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送至地面站。1992年,美國海軍執(zhí)行了“輻射亡命徒”先期技術(shù)演示計(jì)劃,演示用激光雷達(dá)遠(yuǎn)距離非合作識(shí)別空中和地面目標(biāo)。該演示計(jì)劃使用的CO2激光雷達(dá)在P-3C試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了飛行試驗(yàn),可以利用目標(biāo)表面的變化、距離剖面、高分辨率紅外成像和三維激光雷達(dá)成像,識(shí)別目標(biāo)。同時(shí),針對(duì)美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的戰(zhàn)備需求,桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室和Burns公司分別提出了手持激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)方案。這種設(shè)備能由一名海軍陸戰(zhàn)隊(duì)隊(duì)員攜帶,重量在2.3~3.2kg之間,可以安裝在三腳架上;系統(tǒng)能自聚焦,能在低光照條件下工作;采集的影像足夠清晰,能分辨遠(yuǎn)距離的車輛和近距離的人員。
Y^8C)p9r VY;{/.Sa 直升機(jī)障礙物規(guī)避激光雷達(dá)
w+#C-&z ;V*R*R 直升機(jī)在進(jìn)行低空巡邏飛行時(shí),極易與地面小山或建筑物相撞。美國研制的直升機(jī)超低空飛行障礙規(guī)避系統(tǒng),使用固體激光二極管發(fā)射機(jī)和旋轉(zhuǎn)全息掃描器可檢測(cè)直升機(jī)前很寬的空域,地面障礙物信息實(shí)時(shí)顯示在機(jī)載平視顯示器或頭盔顯示器上,為安全飛行起了很大的保障作用。德國戴姆勒.奔馳宇航公司研制成功的障礙探測(cè)激光雷達(dá)更高一籌,它是一種固體1.54微米成像激光雷達(dá),視場(chǎng)為32度×32度,能探測(cè)300―500米距離內(nèi)直徑1厘米粗的電線,將裝在新型EC―135和EC―155直升機(jī)上。 法國達(dá)索電子公司和英國馬可尼公司聯(lián)合研制的吊艙載CLARA激光雷達(dá)采用了CO2激光器。不但能探測(cè)標(biāo)桿和電纜之類的障礙,還具有地形跟蹤、目標(biāo)測(cè)距和指示、活動(dòng)目標(biāo)指示等功能,適用于飛機(jī)和直升機(jī)。
j9?}j#@ 化學(xué)戰(zhàn)劑探測(cè)激光雷達(dá)
]iN'x?Fo )Dw,q~xgg0 傳統(tǒng)的化學(xué)戰(zhàn)劑探測(cè)裝置由士兵肩負(fù),一邊探測(cè)一邊前進(jìn),探測(cè)速度慢,且士兵容易中毒。 俄羅斯研制成功的KDKhr―1N遠(yuǎn)距離地面激光毒氣報(bào)警系統(tǒng),可以實(shí)時(shí)地遠(yuǎn)距離探測(cè)化學(xué)毒劑攻擊,確定毒劑氣溶膠云的斜距、中心厚度、離地高度、中心角坐標(biāo)以及毒劑相關(guān)
參數(shù),并可通過無線電通道或有線線路向部隊(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào),比傳統(tǒng)探測(cè)前進(jìn)了一大步。德國研制成功VTB―1型遙測(cè)化學(xué)戰(zhàn)劑
傳感器技術(shù)更加先進(jìn),它使用兩臺(tái)9― 11微米、可在40個(gè)頻率上調(diào)節(jié)的連續(xù)波CO2激光器,利用微分吸收
光譜學(xué)原理遙測(cè)化學(xué)戰(zhàn)劑,既安全又準(zhǔn)確。
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