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1、第30卷第6期激光与红外Vol.30,No.62000年12月LASER&INFRAREDDecember,2000文章编号:1001-5078(2000)06-0328-03成像激光雷达技术概述赵远,蔡喜平,陈锺贤,韩权(哈尔滨工业大学物理系,哈尔滨150001)摘要:简要介绍了成像激光雷达技术的应用特点,阐述了成像激光雷达可采用的几种成像技术及部分单元技术包括激光器和可用的扫描系统技术。概括了成像激光雷达在军事和国民经济中的应用。关键词:激光雷达;成像技术;二元光学;扫描技术中图分类号:TN958.98文献标识码:AOverviewofImagingLaserRadarTechnique
2、ZHAOYuan,CAIXi-ping,CHENZhong-xian,HANQuan(DepartmentofAppliedPhysics,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)Abstract:Thecharacteristicsofimaginglaserradartechniqueisintroducedbrieflyinthispaper.Severalimag-ingtechniquesfortheimaginglaserradarareoutlined,someofthecomponenttechniquesincludinglaser
3、sourcesandscannersarepresented.Applicationsoftheimaginglaserradarinmilitaryandindustriesaredis-cussed.Keywords:laserradar;imagingtechnique;binaryoptics;scannertechnology.1引言术,原因是探测器技术和激光器技术都比较成熟。激激光雷达的研究最早是从军事应用中开始的,光器发出一个脉宽很窄的脉冲(一般为ns量级),经其中一个重要应用是目标识别。主动成像激光雷达过测量光波的往返时间,确定目标的距离。扫描光学系统可以直接获得目标的轮廓和
4、位置信息(即强度系统(扫描器)将发射脉冲指向目标,回波强度反映[1]像和距离像),可以很容易地识别目标。分为扫描目标的反射率特性。扫描器按照一定的扫描图样如成像激光雷达和非扫描成像激光雷达两种。在军事、光栅扫描将光束指向目标上的不同位置,这样,就可航空航天、工业和医学等领域有广泛的应用。以通过接收系统得到目标的角度-角度-强度图像和本文将结合成像激光雷达的系统要求和技术指角度-角度-距离图像(Angle-Angle-Range-标,分别论述成像激光雷达中扫描成像和非扫描成AAR),AAR又称三维图像。像的优点和局限性,讨论激光器、探测器和扫描器等这种成像技术要求激光的重复频率要高、脉冲元器件
5、的选取及其理论依据。最后将简要介绍主动宽度要窄,单脉冲能量要大。成像激光雷达技术的主要应用。(2)采用面阵探测器,每次探测所有像素2成像技术一般来说,成像激光雷达存在着高成像速率和采用直接探测的成像激光雷达系统一般可采用三种技术:作者简介:赵远(1962-),男,博士,副教授,1986年毕业于清华大学半导体专业,1992年在哈尔滨工业大学获理学博士学位。目前(1)采用单元探测器,每次只探明一个像素在哈尔滨工业大学主要从事激光雷达技术的研究。大部分成像激光雷达的研究都是采用这种技收稿日期:2000-04-29第6期激光与红外329高分辨率(高像素数)的矛盾,即不可能使成像分辨成一个窄光束。率达
6、到很高的同时,还使成像速率也达到很高。这种通过增加二极管激光器电源的工作电流,可以矛盾对采用单元探测器的激光雷达尤为突出。因此,增大激光器的输出功率。但增大工作电流,就会增大必须折衷考虑两者的关系。损害激光器的几率,减小激光器的工作寿命,或者直在成像像素数要求很高而成像速率要求不很高接损坏激光器。的情况下,可采用这种技术。通过控制发射激光,使3.1.2二极管泵浦固体激光器发射光能同时覆盖整个目标,然后用一个二维阵列二极管泵浦固体激光器在增加脉冲重复频率的探测器接收回波信号。这种方法一般需要对发射光同时,脉冲能量会降低,而脉冲宽度会增加,会导致进行调制,对接收信号进行解调,才能测量到距离信脉冲
7、峰值功率下降。如美国相干公司的DPY501Q[2]息。Ⅱ型激光器,脉冲宽度会从低重复频率时的30ns增这种技术的优点是不需要扫描器,缺点是要求加到30kHz时的80ns。而能量会从800LJ降到激光器发射功率要足够大,无法采用高灵敏度的200LJ(30kHz时)。APD探测器。3.1.3闪光灯泵浦固体激光器(3)采用阵列探测器,每次探测几个像素目前闪光灯泵浦的固体激光器的脉冲峰值功率这种技术可以作为上述两种技
