激光雷达原理

激光雷达原理1.激光雷达原理激光雷达是工作在光频波段的雷达。与微波雷达的工作原理相似,它利用光频波段的电磁波先向目标发射探测信号,然后将其接收到的同波信号与发射信号相比较,从而获得目标的位置(距离、方位和高度)、运动状态等信息,实现对飞机,导弹等目标的探测,跟踪和识别。激光测距机是简化的激光雷达。在以激光测距技术基础上,配置方位与俯仰测量装置、激光目标自动跟踪装置,就构成了比较完备的目标探测/跟踪激光雷达。通常激光雷达由激光发射机、激光接收机、信息处理系统、伺服控制系统和操控显示终端组成。下图所示为基本的激光雷达原理图。2.发射激光系统对于激光雷达整个系统来说，发射光学系统是最为重要的一部分，其中以激光器的性能为主，它的性能很大程度上激光器的探测性能，现阶段对于激光雷达来说532nm和发射光学系统光束控制器激光器泵浦源接收光学系统光电探测器放大器信息处理激光调制器1064nm的激光管最为常见，而激光器的种类有固体激光器和半导体激光器，随着输出功率的不断提高，半导体激光器因为宽的调谐范围，小巧的体积等优势是未来发展的主流方向。激光雷达对激光光源有四点基本要求，一是有较大的功率，且大多数都需要工作于脉冲模式，因此相应的要求是脉冲能量大，脉冲重复频率高；激光的光束质量好，特别是要求光束的发散角要小，指向性要好；对于工作于差分吸收或荧光机制的激光雷达，还要求激光输出波长处于特定光谱范围；通常要求激光器体积小，功耗小，性能稳定可靠等，以满足激光雷达多种运载方式的要求。常见的激光器选择有1064nmYAG激光器，DFB-1064半导体激光器。YAG激光器是一种典型的固体工作物质，由于它多方面的优良性能，早期在激光雷达中获得了广泛的应用。而随着半导体激光器的飞速发展，现在越来越多的激光雷达应用采用半导体激光器，半导体激光器DFB-1064nm拥有更小外形尺寸，更好的发散角，脉冲功率现在也能做到600mW,尤其是德国的半导体激光器做的非常出色，下面是一份半导体激光器的典型性能参数。DFB1064nm激光管3.接收光学系统激光雷达的接收单元由接受光学系统，光电探测器和回波检测处理电路等组成，其功能是完成信号能量汇聚，滤波，光电转换，放大和检测等功能。对激光雷达接收单元设计的基本要求是：高接收灵敏度，高回波探测器概率和低的虚警率。探测器是激光接收机的核心部件，由于雪崩光电二极管具有高的内部增益，体积小，可靠性高等优点，往往是首选探测器。