1.激光雷達原理
激光雷達是工作在光頻波段的雷達。與微波雷達的工作原理相似,它利用光頻波段的電磁波先向目標發(fā)射探測信號,然后將其接收到的同波信號與發(fā)射信號相比較,從而獲得目標的位置(距離、方位和高度)、運動狀態(tài)等信息,實現(xiàn)對飛機,等目標的探測,跟蹤和識別。
激光測距機是簡化的激光雷達。在以激光測距技術(shù)基礎(chǔ)上,配置方位與俯仰測量裝置、激光目標自動跟蹤裝置,就構(gòu)成了比較完備的目標探測/跟蹤激光雷達。通常激光雷達由激光發(fā)射機、激光接收機、信息處理系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)和操控顯示終端組成。下圖所示為基本的激光雷達原理圖。
2.發(fā)射激光系統(tǒng)
對于激光雷達整個系統(tǒng)來說，發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)是重要的一部分，其中以激光器的性能為主，它的性能很大程度上激光器的探測性能，現(xiàn)階段對于激光雷達來說532nm和1064nm的激光管常見，而激光器的種類有固體激光器和半導(dǎo)體激光器，隨著輸出功率的不斷提高，半導(dǎo)體激光器因為寬的調(diào)諧范圍，小巧的體積等優(yōu)勢是未來發(fā)展的主流方向。
激光雷達對激光光源有四點基本要求，一是有較大的功率，且大多數(shù)都需要工作于脈沖模式，因此相應(yīng)的要求是脈沖能量大，脈沖重復(fù)頻率高；激光的光束質(zhì)量好，特別是要求光束的發(fā)散角要小，指向性要好；對于工作于差分吸收或熒光機制的激光雷達，還要求激光輸出波長處于特定光譜范圍；通常要求激光器體積小，功耗小，性能穩(wěn)定可靠等，以滿足激光雷達多種運載方式的要求。
常見的激光器選擇有1064nm yag激光器，dfb-1064半導(dǎo)體激光器。yag激光器是一種典型的固體工作物質(zhì)，由于它多方面的優(yōu)良性能，早期在激光雷達中獲得了廣泛的應(yīng)用。
而隨著半導(dǎo)體激光器的飛速發(fā)展，現(xiàn)在越來越多的激光雷達應(yīng)用采用半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器dfb-1064nm擁有更小外形尺寸，更好的發(fā)散角，脈沖功率現(xiàn)在也能做到600mw,尤其是德國的半導(dǎo)體激光器做的非常出色，下面是一份半導(dǎo)體激光器的典型性能參數(shù)。
3.接收光學(xué)系統(tǒng)
激光雷達的接收單元由接受光學(xué)系統(tǒng)，光電探測器和回波檢測處理電路等組成，其功能是完成信號能量匯聚，濾波，光電轉(zhuǎn)換，放大和檢測等功能。對激光雷達接收單元設(shè)計的基本要求是：高接收靈敏度，高回波探測器概率和低的虛警率。探測器是激光接收機的核心部件，由于雪崩光電二極管具有高的內(nèi)部增益，體積小，可靠性高等優(yōu)點，往往是探測器。