相干激光雷达
❶ 激光雷达的工作原理是怎样的
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理回上讲，与答微波雷达没有根本的区别：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，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。
激光雷达
❷ 多普勒激光雷达是相干测量还是直接测量
激光雷达是以激光为光源，通过探测激光与被探测无相互作用的光波信号来遥感测量的．使用振动拉曼技术进行测量的激光雷达技术即为拉曼激光雷达，主要用于大气遥感测量。拉曼激光雷达属于遥感技术的一种。激光雷达作为一种主动遥感探测技术和工具已有近50 年的历史，目前广泛用于地球科学和气象学、物理学和天文学、生物学与生态保持、军事等领域。其中，传统意义上的激光雷达主要用于陆地植被监测、激光大气传输、精细气象探测、全球气候预测、海洋环境监测等。随着激光器技术、精细分光技术、光电检测技术和计算机控制技术的飞速发展，激光雷达在遥感探测的高度、空间分辨率、时间上的连续监测和测量精度等方面具有独到的优势。
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：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,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。 根据探测技术的不同，激光雷达可以分为直接探测型和相干探测型两种。而按照不同功能，则可分为跟踪雷达、运动目标指示雷达、流速测量雷达、风剪切探测雷达、目标识别雷达、成像雷达及振动传感雷达。
激光雷达与无线电雷达的工作原理基本相同，且依赖于所采用的探测技术。其中直接探测型激光雷达的基本结构与激光测距机颇为相近。工作时，由发射系统发送一个信号，经目标反射后被接收系统收集，通过测量激光信号往返传播的时间而确定目标的距离。至于目标的径向速度，则可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以测量两个或多个距离，并计算其变化率而求得速度。
相干探测型激光雷达又有单稳与双稳之分，在所谓单稳系统中，发送与接收信号共用一个光学孔径，并由发送-接收开关隔离。而双稳系统则包括两个光学孔径，分别供发送与接收信号使用，发送-接收开关自然不再需要，其余部分与单稳系统相同。
激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物 。由发射机 、天线 、接收机 、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。
气象雷达是专门用于大气探测的雷达。属于主动式微波大气遥感设备。与无线电探空仪配套使用的高空风测风雷达，只是一种对位移气球定位的专门设备，一般不算作此类雷达。气象雷达是用于警戒和预报中、小尺度天气系统（如台风和暴雨云系）的主要探测工具之一工作在30～3000兆赫频段的气象多普勒雷达。一般具有很高的探测灵敏度。因探测高度范围可达1～100公里，所以又称为中层-平流层-对流层雷达 (MST radar)。它主要用于探测晴空大气的风、大气湍流和大气稳定度等大气动力学参数的铅直分布
美国国防部最初对激光雷达的兴趣与对微波雷达的相似，即侧重于对目标的监视、捕获、跟踪、毁伤评（SATKA）和导航。然而，由于微波雷达足以完成大部分毁伤评估和导航任务，因而导致军用激光雷达计划集中于前者不能很好完成的少量任务上，例如高精度毁伤评估，极精确的导航修正及高分辨率成像。军事上常常希望飞机低空飞行，但飞机飞行的最低高度受到机上传感器探测小型障碍物能力的限制。且不说阻塞气球线这样的对抗设施，在60米以下，各种动力线，高压线铁塔，桅杆、天线拉线这样的小障碍物也有明显的危险性。现有的飞机传感器，从人眼到雷达，均难以事先发现这些危险物，这种情况，在夜间和恶劣天气条件下尤其突出。而扫描型激光雷达因其具有高的角分辨率，故能实时形成这些障碍物有效的影像，提供适当的预警。
激光雷达在军事上可用于对各种飞行目标轨迹的测量 。如对导弹和火箭初始段的跟踪与测量，对飞机和巡航导弹的低仰角跟踪测量 ，对卫星的精密定轨等 。激光雷达与红外、电视等光电设备相结合，组成地面、舰载和机载的火力控制系统，对目标进行搜索、识别、跟踪和测量。由于激光雷达可以获取目标的三维图像及速度信息，有利于识别隐身目标。激光 雷达可以对大气进行监测 ，遥测大气中的污染和毒剂，还可测量大气的温度、湿度、风速、能见度及云层高度。
海用激光雷达对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪的传统方式，是采用体大而重的一般在600千克至几十吨重的声纳。自从发展了海洋激光雷达，即机载蓝绿激光器发射和接收设备后，海洋水下目标探测既简单方便，又准确无误。尤其是20世纪90 年代以后研制成功的第三代激光雷达上，增加了GPS定位、定高功能，实现了航线和高度的自动控制。如美国诺斯罗普公司研制的“ALARMS”机载水雷探测激光雷达，可24小时工作，能准确测得水下水雷等可疑目标。美国卡曼航天公司研制的水下成像激光雷达，更具优势，可以显示水下目标的形状等特征，准确捕获目标，以便采取应急措施，确保航行安全。
此外，激光雷达还可以广泛用于对抗电子战、反辐射导弹、超低空突防、导弹与炮弹制导以及陆地扫雷等。
❸ 什么是激光雷达技术
激光雷达用抄激光器作为发袭射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。激光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。由发射系统 、接收系统 、信息处理等部分组成。发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法按照探测的原理不同可以分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。
❹ 跪求：脉冲激光雷达和连续波激光雷达的测距原理相同么脉冲测距法和相位测距法分别对应哪种雷达
不相同，脉冲测距法对应脉冲激光雷达，通过测量脉冲传播时间来测定距离。
相位测量法对应于连续波激光雷达，应用相干的方法进行相位测量从而测距，是一种相对方法。
❺ 激光雷达有哪些分类
激光雷达的分类
激光雷达通常按照所用激光器、探测技术或雷达功能来分类。可用于雷达系统的激光器种类很多，主要有二氧化碳激光器、Nd∶YAG及喇曼移频的Nd∶YAG激光器、氦-氖激光器，以及近年来迅速发展的Er∶YAG激光器、GaAlAs半导体激光器和Ho∶YAG激光器。
根据探测技术的不同，激光雷达可以分为直接探测型和相干探测型两种。而按照不同功能，则可分为跟踪雷达、运动目标指示雷达、流速测量雷达、风剪切探测雷达、目标识别雷达、成像雷达及振动传感雷达。
激光雷达与无线电雷达的工作原理基本相同，且依赖于所采用的探测技术。其中直接探测型激光雷达的基本结构与激光测距机颇为相近。工作时，由发射系统发送一个信号，经目标反射后被接收系统收集，通过测量激光信号往返传播的时间而确定目标的距离。至于目标的径向速度，则可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以测量两个或多个距离，并计算其变化率而求得速度。
相干探测型激光雷达又有单稳与双稳之分，在所谓单稳系统中，发送与接收信号共用一个光学孔径，并由发送-接收开关隔离。而双稳系统则包括两个光学孔径，分别供发送与接收信号使用，发送-接收开关自然不再需要，其余部分与单稳系统相同。
❻ 激光雷达的基本原理
5.8.1.1 激光的特性
激光和普通光的根本不同在于激光是一种有很高光子简并度的光。光子简并度可以理解为具有相同模式（或波型）的光子数目，即具有相同状态的光子数目。
激光器主要由增益介质和谐振腔组成。谐振腔选模，增益介质通过受激辐射向确定的模提供能量，从而形成具有很高光子简并度的激光。高光子简并度表现出很好的单色性、方向性、相干性及高亮度；激光可被压缩成极短的超短脉冲，脉宽已达到秒量级，能产生短至4.6 fs的超短激光脉冲，高达1020W／cm2的光功率密度。
（1）单色性
激光的好单色性是由激光器的工作原理和结构决定的。由于谐振腔内的增益介质可以向一个模提供足够的能量，从整体来看可以认为光在腔内没有损耗，因而由该谐振腔输出的激光可以理解为是没有衰减的，具有无限窄的谱线宽度。
实验证明，激光的谱线不可能无限窄，因为自发辐射在激光的输出中不可避免。自发辐射只能平均地向所有模提供能量，因而对某一特定模而言，它所提供的能量是很小的，而这份小小的能量恰恰造成激光发射中一种不可避免的衰减。所以，激光谱线仍有一定的宽度。通常把激光器中自发辐射引起的线宽称为线宽极限ΔυL，ΔυL正比于该模式中每秒自发辐射的能量。
单模稳频气体激光器的单色性最好，固体激光器的单色性较差，半导体激光器的单色性最差。
（2）方向性
光源发出光束的方向性通常用发散角2θ（单位rad）来描述，亦可用光束所占的空间立体角ΔΩ=πθ2（单位sr）来描述。普通光源辐射的光束来自于自发辐射，自发辐射总是任意的，是向4π立体角辐射的，所以方向性很差。
激光的优良方向性，是激光器的工作原理和结构决定的。由于激光器中增益介质只向特定模式提供能量，受激辐射提供的光子总是与激发光完全一样，同频率、同偏振、同位相和同方向。所以，如果谐振腔选出的模不受衍射的影响，激光束的发散角可以无限小。一般说来，激光器的发散角（θ）决定于该激光器的腔长，即
环境地球物理学概论
式中：λ是激光波长，L是腔长。若λ=0.63μm，L=0.4 m，则θ=2×10-3rad。增加腔长，还可以进一步减小发散角。
不同类型激光器的方向性差别很大，这与增益介质的类型、均匀性、光腔的类型、腔长、激励方式和激光器的工作状态有关。气体激光器的增益介质有良好的均匀性，且腔长大，方向性好；固体激光器的方向性差；半导体激光器的方向性最差。
（3）高相干性光强
激光具有极好相干性。激光的单色性，使其具有优良的高光束质量和高相干光强。因此有助于进一步提高光功率密度。例如，激光好的单色性容易聚焦为小的光斑，从而获得更大的功率密度。若将一个1012W的激光脉冲聚焦为5 μm直径的光斑，其功率密度可达1018W/cm2。
5.8.1.2 激光器
在已有的数百种激光器中按工作物质可分为气体激光器、固体激光器、液体激光器和半导体激光器。用于激光雷达的是能够发射高功率、窄脉宽、窄频带且有较小远场发散角光束的激光器。对于机载或星载图像雷达，或在返回信号极其微弱的情况下，通常还要求有较好的脉冲重复性。为了适应多领域的应用，波长可调激光雷达越来越受到重视。
（1）气体激光器
激光雷达常用的是以强放电激励的气体激光器，其波长在红外到近紫外范围。
二氧化碳（CO2）激光器是最早用于雷达的激光器之一，由于输出波长10.6μm恰好处于大气传输窗窗口，因而至今仍被用于大气探测。
HgBr激光器输出激光的波长（495～505 nm）位于第一绿色光波段，而且波长可调，两个峰值位置在502 nm和504 nm，线宽0.05 nm，重复频率（100 Hz）优良，单脉冲输出能量高，非常适合于海洋勘查，用作海洋、湖泊污染调查和海洋油气勘查。
在紫外波段工作的N2分子气体激光器和准分子激光器，适用于探测污染。其最强输出谱线为337.1 nm，输出峰值功率可达107W。
（2）固体激光器
与气体激光器相比，固体激光器体积较小、价格低、质量可靠。
Nd：YAG是一类应用广泛的固体激光器。发射波长为1.06μm的基频辐射有利于研究瑞利（Rayleigh）和米（Mie）散射，适用于对大气物质进行探测的大气雷达。波长0.532μm的2倍频光辐射适用于海洋激光雷达。波长0.355μm和0.266μm的3倍频和4倍频光辐射，适用于测污雷达。在典型情况下脉冲宽度为10～30 ns，单脉冲能量为100 mJ～1 J，脉冲重复率10～100 Hz。技术性能优良的砷化镓（GaAs）半导体激光器，输出809 nm的光波长正好与Nd：YAG工作物质的一条吸收谱线相匹配，将其用作泵浦源可以使Nd：YAG激光器的能量转换效率大幅度提高，而小型化、寿命长，已在激光雷达中应用。
正在研究的可调谐固体激光器，将有利于提高激光雷达的适用性。
5.8.1.3 激光雷达的组成
激光雷达的基本原理与普通电磁波雷达类似。所不同的是发射的信号为激光，比无线电波的波长短很多。由光学原理可知，电磁波在传播路程上遇到比波长小很多的物体时，波的大部分能流绕过物体继续向前传播。因此，普通的无线电波雷达无法感知小尺寸的目标物体。激光的波长一般都是微米（μm）级波长，足以探测直径很细的导线和极细微粒。
图5.8.1 单稳激光雷达原理框图
激光雷达按其基本结构，可分为单稳系统和双稳系统两类。在双稳系统中，为了提高空间分辨率，将发射光部分和接收部分分别设置。当前激光源的脉宽达纳秒（ns）级，具有相当高的空间分辨率，因此双稳系统已很少应用。单稳系统发射与接收信号共用一个光学孔径，用开关（T/R）隔离，其原理框图如图5.8.1所示。
无线电波雷达接收的信号主要是反射信号。
激光雷达根据不同探测目标，接收的信号可以是反射信号，也可以是弹性散射信号（包括Rayleigh散射或Mie散射），还可以是吸收衰减的信号，共振散射信号，荧光信号，拉曼（Raman）散射信号，以及差分吸收散射信号等，形成不同用途的激光雷达系统。
❼ 激光雷达分类
1、按照发射波形分类：连续型、脉冲型
2、按照探测方式分类：直接探测、相干探测
3、按照光束控制方式分类：机械式、固态
4、按照线数分类：单线激光雷达，多线激光雷达
5、按照工作介质分类：半导体激光雷达、固体激光雷达、气体激光雷达
6、按照载荷平台分类：车载激光雷达、机载激光雷达、星载激光雷达
❽ 激光雷达的工作原理
激光雷达最基本的工作原理与无线电雷达没有区别，即由雷达发射系统发送一个信号,打到地面的树木、道路、桥梁和建筑物上，引起散射，经目标反射后被接收系统收集，通过测量反射光的运行时间而确定目标的距离。
至于目标的径向速度，可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以测量两个或多个距离，并计算其变化率而求得速度，这也是直接探测型雷达的基本工作原理。
激光雷达的作用就是精确测量目标的位置（距离与角度）、形状（大小）及状态（速度、姿态），从而达到探测、识别、跟踪目标的目的。
激光雷达是一种雷达系统，是一种主动传感器，所形成的数据是点云形式。其工作光谱段在红外到紫外之间，主要发射机、接收机、测量控制和电源组成。
(8)相干激光雷达扩展阅读
激光雷达分类
一般来说，按照现代的激光雷达的概念，常分为以下几种:
1、按激光波段分，有紫外激光雷达、可见激光雷达和红外激光雷达。
2、按激光介质分，有气体激光雷达、固体激光雷达、半导体激光雷达和二极管激光泵浦固体激光雷达等。
3、按激光发射波形分，有脉冲激光雷达、连续波激光雷达和混合型激光雷达等。
4、按显示方式分，有模拟或数字显示激光雷达和成像激光雷达。
5、按运载平台分，有地基固定式激光雷达、车载激光雷达、机载激光雷达、船载激光雷达、星载激光雷达、弹载激光雷达和手持式激光雷达等。
6、按功能分，有激光测距雷达、激光测速雷达、激光测角雷达和跟踪雷达、激光成像雷达，激光目标指示器和生物激光雷达等。
7、按用途分，有激光测距仪、靶场激光雷达、火控激光雷达、跟踪识别激光雷达、多功能战术激光雷达、侦毒激光雷达、导航激光雷达、气象激光雷达、侦毒和大气监测激光雷达等。
❾ 自动驾驶汽车使用的激光雷达，都有哪些种类
根据结构，激光雷达分为机械式激光雷达、固态激光雷达和混合固态激光雷达。
❿ 激光雷达的工作原理是什么
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置?速度等特征量的雷达系统?从工作原理上讲,与微波雷达专没有根本的区别属: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,从而对飞机?导弹等目标进行探测?跟踪和识别?