摘要：激光成像雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。采用激光器作为发射光源，采光电探测技术手段的主动遥感设备。主要由发射系统、接收系统 、信息处理等部分组成。无论在军事领域还是民用领域应用都相当广泛，文章主要介绍了激光成像雷达的优缺点、分类以及未来发展趋势做了探讨，探究结果如下。
关键词：激光；激光成像雷达；发展
中图分类号：F724.6 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）10-0256-020 引言国内外一直高度关注激光成像雷达技术的发展，激光具有方向性、颜色单一性、相干性等特点，因此一直被广泛应用于军事、民用工业、医学等领域。由于激光的工作方式与雷达的工作方式十分相似，激光成像雷达技术被相关专业人员深入研究，激光成像技术由此而得到发展。
1 激光成像雷达优点
（1）激光成像雷达具有非常高的距离分辨率、角分辨率、速度分辨率，能从目标那里获得多种图像,比如：距离-强度-速度，具体方位角-俯仰角-距离等，它不受外界干扰，它能获取普通成像技术不能得到的信息。激光直线传播、方向性好、光束非常窄,只有在其传播路径上才能接收到，因此敌方截获非常困难，且激光雷达的发射系统（发射望远镜）口径很小,可接收区域窄，有意发射的激光干扰信号进入接收机的概率极低；另外，与微波雷达易受自然界广泛存在的电磁波影响的情况不同，自然界中能对激光雷达起干扰作用的信号源不多，因此激光雷达抗有源干扰的能力很强,适于工作在日益复杂和激烈的信息战环境中。
（2）体积小、质量轻，通常普通微波雷达的体积庞大，整套系统质量数以吨记，光天线口径就达几米甚至几十米。而激光雷达就要轻便、灵巧得多,发射望远镜的口径一般只有厘米级,整套系统的质量最小的只有几十 kg，架设、拆收都很简便。
而且激光成像雷达的结构相对简单，维修方便，操纵容易，价格也较低。
（3）激光成像雷达能和电子战、反辐射导弹、超低空突防等能力对抗。具有探测目标、跟踪目标、定位目标等其它普通雷达不具备的能力，并且它能进行探测潜水艇、隐秘的军事目标等任务，它可以快速获得目标的具体位置与图像，并完成识别跟踪任务，尤其是在军事、航天领域作用极大，在工业和医学方面也有得到应用。信息量很大，通过获得目标的位置、角度、强度、速度等具体信息，而被动的光学系统只能获得某些特殊信息。
（4）可以全天工作，被动的光学系统如果没有光线便不会工作，即使红外光学系统能在夜间工作，但是其分辨率极差，激光成像雷达不会受到昼夜限制，可以在任何时间短高效率工作。
2 激光成像雷达的缺点
（1）工作时受天气和大气影响大。激光一般在晴朗的天气里衰减较小，传播距离较远，而在大雨、浓烟、浓雾等坏天气里，衰减急剧加大，传播距离大受影响。如工作波长为 10.6 m 的co2 激光，是所有激光中大气传输性能较好的，在坏天气的衰减是晴天的 6 倍。地面或低空使用的 co2 激光雷达的作用距离,晴天为 10—20km，而坏天气则降至 1 km 以内。而且，大气环流还会使激光光束发生畸变、抖动，直接影响激光雷达的测量精度。
（2）由于激光雷达的波束极窄，在空间搜索目标非常困难，直接影响对非合作目标的截获概率和探测效率，只能在较小的范围内搜索、捕获目标，因而激光雷达较少单独直接应用于战场进行目标探测和搜索。
3 成像雷达技术、功能分类
（1）扫描成像雷达，激光扫描成像雷达是激光束对任务目标进行扫描，通过接收目标反射的激光束，获取信息，还原成真实目标场景的图片。
（2）非扫描成像雷达，这是 90 年代产生的新型成像雷达，由于它没有机械扫描设备，就不存在传统扫描激光雷达的帧率低、可视性小、占用面积大的问题，非扫描成像雷达具有帧率高、视野宽、体积小的优点，因此它被广泛应用于军事化、商业化场景。
（3）按照功能分，有激光测速雷达、跟踪雷达、激光测角雷达等。
4 激光成像雷达的组成
激光成像雷达系统由发射机、天线传输、接收机、跟踪架以及信息处理等部分组成，发射机就是激光器，发射波长短不一；天线是光学望远镜，利用天线获取信息，接收机拥有不同形式的光电探测器。由发射机发送一个光信号，目标反射的信号由探测器使其转换为电信号，信息处理器收集数据、处理，最后将处理好的数据在计算机上显示。
5 激光成像雷达的发展趋势
（1）向小型化、标准化和固体组间化发展，激光成像雷达是否能在各个领域普遍利用关键在于小型化和成本低。若使用效率高、光束质量高的半导体激光器，重量轻、占用体积少的质量高的Q开关，灵活性较高的硅雪崩光电二级探测器，中等以上规模的集成电路的固体化、标准化的接收组件，必然能实现激光成像雷达成本低、占用体积小。小型化、固体化的关键是使用固体激光谐振腔组件，利用升华原理，在 YAG 棒的一端镶上一种反射膜作为介质输出反射镜，在另一端与片状染料 Q 开关和全反射镜结合为一体，制定成稳定谐振腔固体组件或非稳定谐振腔固体组件，研制出的谐振腔固体组件改装成了小型的盒式固体组件，从而达到体积小、重量轻、成本低的目的。
（2）多功能化发展，现代激光成像雷达不仅具有测量距离功能，还应该具备目标位置指示、跟踪目标以及测定方向的功能。现目前有激光测距、激光测距跟踪这两种多功能激光雷达。激光测距一方面可以精确测量与目标的距离，另一方面可以精确指示目标，实现多功能激光成像有两种方法：①改装激光测距雷达的发射机，使其拥有同时满足激光指示器的性能，应用发射编码的激光束指示目标；②将激光测距雷达与其他设备组装在同一个壳体内进行多种功能的激光仪器，比如美国的 M-931 型激光测距夜视仪，它就是运用激光测距及和微光夜视仪组和成一个望远镜式的机构，可供 24h 测距使用。
（3）人眼安全的激光成像雷达，在激光成像雷达探测系统中，人眼安全一直以来是技术人员关注的热点之一，激光雷达测距的缺点是在烟雾中观察性能较差，对人眼的安全造成威胁，技术人员在演练或能见度差的作战环境中非常不便，未来发展趋势应考虑到人眼的安全。
（4）远程目标应用的激光成像雷达，自研究人员研究激光成像雷达以来，主要应用于中等偏近的距离，远程距离是人们一开始就追求的目标，未来研究趋势应偏向于远程测距发展，这就要求通过提高激光成像雷达的发射功率和继续提高雷达探测技术来扩大激光成像雷达的作用范围，虽然近年来由于机载、星载激光雷达技术的不断发展，远程激光成像雷达也得以发展，探测距离由几百 km 上升到几千 km。随着科学技术的进步和全宇宙开发的需要，远程应用的激光成像雷达必将是激光雷达成像的的发展趋势。
（5）多种模式成像激光雷达系统，目前激光成像发展发展的一个重要趋势是多传感器集成和多功能一体化，运用微波、红外线、激光束、可视光等成像传感器集成已经非常普遍，早在美国海军与科学公司就开始研究高精度识别的双向模式激光成像雷达项目，用于太空探测目标。
参考文献：
[1] 刘巧君,郑玉臣,朱建华,等.利用紫外Mie散射激光雷达探测澳门地区沙尘暴事件[J].光谱学与光谱分析,2012,32(3)625-629.
[2] 何劲,张群,杨小优,等.逆合成孔径成像激光雷达成像算法[J].红外与激光工程,2012,41(4):1094-1100.
|
85597153
