激光雷达组成

激光雷达组成：发射、接收和信号处理三个主要部分组成。1.激光发射器组成:工作物质、谐振腔和激励源A．特点：脉冲能量大、脉冲重复频率高质量好，特别是发散度要小、指向性要好体积、功耗小，性能稳定可靠B．分类：固体、气体、液体和半导体工作原理：Nd:YAG棒是在钇铝石榴石(YAG)中掺入激光物质（Nd3+,钕离子），在闪光灯发光的激励下，可造成棒中Nd3+离子的L1和L2能级间的粒子数反转，在光学谐振腔的作用下，形成粒子反转能级间的受激发射，从腔镜之一（M2）输出激光能量，其波长为1.06μm，处于近红外波段。由于Nd3+离子的四能级激光产生机制，使其粒子数反转的效率高、激光阈值低，因此Nd:YAG激光器可工作于连续波状态，也可工作于脉冲状态，激光雷达多使用后者。对于脉冲工作的Nd:YAG激光器，其激励闪光灯也需工作在脉冲状态。由于闪光灯激励光脉冲的宽度较宽，使相应的光脉冲的宽度也较宽（微秒以上），称之为长脉冲激光。这种长脉冲激光不符合激光雷达高峰值输出功率和高空间分辨率的要求，因此需要采用图2.5中的Q开关来压窄其脉冲宽度。Q开关技术又称为调Q技术，是产生纳秒（ns）级窄脉冲激光常用的技术（另一种常用于产生ps级窄激光脉冲的技术是锁模技术）。如图2.7所示，Q开关由一块光电晶体和偏振片组成。其工作原理如下：平时，Q开关处于对激光不透明的状态，在激光腔中形成一个大的损耗，相当于开关关闭，激光腔的Q值很低，激光振荡不能形成；当闪光灯脉冲将Nd:YAG中的Nd3+离子激发到处于最佳粒子数反转状态时，突然将Q开关打开，使其损耗变低，激光腔的Q值突然增高，从而形成一个极窄的激光脉冲输出。Q开关对激光腔Q值的调节通常利用晶体的电光特性来实现。通过在电光晶体上突然改变外加电压的方法，可使Q开关从最大损耗状态变为最小损耗状态。光束准直器准直比优点是：可使激光雷达工作于小的接收视场以降低背景光影响，提高系统信噪比（S/N）；对于探测地面或空中小目标的激光雷达，将有利于集中发射能量，提高探测能力；对于扫描成像激光雷达，则有利于提高成像的分辨能力。激光雷达工作原理向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对目标进行探测、跟踪和识别。激光雷达应用城市，交通，农林业，水利，气象智能驾驶应用：生成汽车周围环境点云。激光雷达测量光脉冲的飞行时间，进而能够判断传感器和物体之间的距离。为了产生完整的点云，传感器必须能够非常快速地对整个环境进行采样。激光雷达能够做到这一点的一种方式是通过在单个发射器/接收器上使用非常高的采样率。每个发射器每秒发射数万或数十万个激光脉冲。这意味着，多达100000个激光脉冲在1秒内完成从激光器单元上的发射器到被测量的物体的往返行程，并返回到激光雷达单元上位于发射器附近的接收器。每接受一个点的信号就可以判该点的三维坐标，当数据足够大时，就能够形成点云，来感知汽车周围的环境。