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1、№.1(Total81)电光与控制2001年第1期Feb.2000ELECTRONICSOPTICS&CONTROL(总第81期)文章编号:1227(2001)01-0012-07激光雷达测距方程研究谭显裕(华中精密仪器厂湖北宜都443304))摘要:激光雷达是用激光作光源工作于光波段的雷达系统。它是微波和毫米波雷达的发展,其测距原理大体相同。但因激光雷达的工作频率比微波和毫米波约高4～5个数量级,大气传输低,分辨率、精度和速度测量具有独特优势。另外,技术复杂,专用组件多,制造难度大。本文对激光雷达的测距原理、发射器和接收器特性、束宽
2、、大气传输以及目标截面、外差效率进行分析,为设计、研究提供依据。关键词:激光雷达;发射器和接收器特性;大气传输;外差效率中图分类号:TN958.98文献标识码:AResearchonRangingEquationforLaserRadarTANXian-yu(HuazhongPrecisionIustrumentFactoryYidu443304)Abstract:Thelaserradarisaradarsystemadoptinglaserasphotosourceandoperatingonopticalband.Itisdev
3、elopedonthebasisofmicrowaveandmillimeterwaveradarandtherangingprincipleissimilar.Sincetheoperatingfrequencyoflaserradaris4～5orderofmagnitudehighercomparedwiththeothertwokindsofradar,ithasloweratmospherictramsmissionanduniqueadvantagesonresolution,accuracyandvelocity.Iti
4、sdifficulttomakeduetothecomplextech-nologyandlargequantityofspecialmodules.Rangingprinciple,characteroftransmitterandre-ceiver,beamwidth,atmospherictransmission,targetsectionandhelerodyneefficiencyforthelaserradarareanalysedinthispaper.Keywords:laserradar;characteroftra
5、nsmitterandreceiver;atmospherictransmis-sion;heterodyneefficiency激光雷达是工作于光波段的新型雷达系统。它1引言与微波和毫米波雷达相比,具有以下独特优势:(1)工作频率高、波长短;收稿日期:2000-09-18修定日期:2001-02-07作者简介:谭显裕(1943-),男,高级工程师,从事电子物理学光电子技术研究。谭显裕:激光雷达测距方程研究13(2)距离、速度和角位置测量精度高;目前,激光雷达可以采用0.53Lm、0.63Lm、0.8(3)体积小、重量轻、机动灵活,利
6、于机载和航天～0.9Lm、1.06Lm、1.54Lm、2Lm和10.6Lm等7个器载。波长段,其类型和用途见表1所示。表1激光雷达的类型及主要用途激光雷达类型工作波长(Lm)探测技术干涉仪调制技术应用功能测量范围CO210.6跟踪测量幅度直接探测脉冲调幅(动目标指示,Er:YAG2测量距离(不用)(AM)光机跟踪)喇曼频移:Nd:YAG1.54直接探测测量速度外差、零差脉冲调频测速Nd:YAG1.06和外差探(多普勒频移,或补偿零(FM)(目标识别,风GaAlAs0.8～0.9测均可微分距离)差探测脉冲猝发向切变)测量角位移He-Ne
7、0.63(一定用)(AM/FM)成像测量振动光谱倍频Nd:YAG0.53(振动测量)激光雷达工作原理与常规雷达大体相同。图12激光雷达测距方程示典型单基地外差或相干探测的激光雷达框图。从图看出,激光雷达的制作工艺相当复杂。它是把待发2.1测距方程通用公式激光先送入发/收(T/R)转换开关并用同一窗口发单基地和双基地激光雷达测距方程的通用公式射,发/收和瞄准光路平行对目标扫描;从目标返回为:的光信号由扫描光学系统和光束扩展器接收,这两P22r=(4KPsTA1Gt/PUR1)õ部分组成光接收器;T/R转换开关将接收到的光信22#(TA2
8、/4PR2)(PDGr/4)(1)号送入混频器与本振器的基准光信号混频,再经成式中:Ps为激光发射功率(W);像光学系统聚焦在探测器上进行放大并转换成电信K为光束分布函数;号;然后经高通滤波器滤除背景和本振低频信号;激T
