摘要：簡(jiǎn)要介紹了成像激光雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，闡述了成像激光雷達(dá)可采用的幾種成像技 術(shù)及部分單元技術(shù)包括激光器和可用的掃描系統(tǒng)技術(shù)。概括了成像激光雷達(dá)在軍事和國(guó)民經(jīng) 濟(jì)中的應(yīng)用。 

關(guān)鍵詞：激光雷達(dá)；成像技術(shù)；二元光學(xué)；掃描技術(shù) 

1.引言

激光雷達(dá)的研究最早是從軍事應(yīng)用中開(kāi)始的，其中一個(gè)重要應(yīng)用是目標(biāo)識(shí)別。主動(dòng)成像激光雷達(dá)系統(tǒng)可以直接獲得目標(biāo)的輪廓和位置信息(即強(qiáng)度像和距離像)，可以很容易地識(shí)別目標(biāo)[1]。分為掃描成像激光雷達(dá)和非掃描成像激光雷達(dá)兩種。在軍事、航空航天、工業(yè)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。本文將結(jié)合成像激光雷達(dá)的系統(tǒng)要求和技術(shù)指標(biāo)，分別論述成像激光雷達(dá)中掃描成像和非掃描成像的優(yōu)點(diǎn)和局限性，討論激光器、探測(cè)器和掃描器等元器件的選取及其理論依據(jù)。最后將簡(jiǎn)要介紹主動(dòng)成像激光雷達(dá)技術(shù)的主要應(yīng)用。

2.成像技術(shù)

采用直接探測(cè)的成像激光雷達(dá)系統(tǒng)一般可采用三種技術(shù)：

(1)采用單元探測(cè)器，每次只探明一個(gè)像素大部分成像激光雷達(dá)的研究都是采用這種技術(shù)，原因是探測(cè)器技術(shù)和激光器技術(shù)都比較成熟。激光器發(fā)出一個(gè)脈寬很窄的脈沖(一般為ns量級(jí))，經(jīng)過(guò)測(cè)量光波的往返時(shí)間，確定目標(biāo)的距離。掃描光學(xué)系統(tǒng)(掃描器)將發(fā)射脈沖指向目標(biāo)，回波強(qiáng)度反映目標(biāo)的反射率特性。掃描器按照一定的掃描圖樣如光柵掃描將光束指向目標(biāo)上的不同位置，這樣，就可以通過(guò)接收系統(tǒng)得到目標(biāo)的角度-角度-強(qiáng)度圖像和角度-角度-距離圖像(Angle-Angle-Range-AAR)，AAR又稱三維圖像。

這種成像技術(shù)要求激光的重復(fù)頻率要高、脈沖寬度要窄，單脈沖能量要大。

(2)采用面陣探測(cè)器，每次探測(cè)所有像素一般來(lái)說(shuō)，成像激光雷達(dá)存在著高成像速率和高分辨率(高像素?cái)?shù))的矛盾，即不可能使成像分辨率達(dá)到很高的同時(shí)，還使成像速率也達(dá)到很高。這種矛盾對(duì)采用單元探測(cè)器的激光雷達(dá)尤為突出。因此，必須折衷考慮兩者的關(guān)系。在成像像素?cái)?shù)要求很高而成像速率要求不很高的情況下，可采用這種技術(shù)。通過(guò)控制發(fā)射激光，使發(fā)射光能同時(shí)覆蓋整個(gè)目標(biāo)，然后用一個(gè)二維陣列探測(cè)器接收回波信號(hào)。這種方法一般需要對(duì)發(fā)射光進(jìn)行調(diào)制，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，才能測(cè)量到距離信息。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是不需要掃描器，缺點(diǎn)是要求激光器發(fā)射功率要足夠大，無(wú)法采用高靈敏度的APD探測(cè)器。

(3)采用陣列探測(cè)器，每次探測(cè)幾個(gè)像素這種技術(shù)可以作為上述兩種技術(shù)的折衷。將發(fā)射光分為x束，同時(shí)照射目標(biāo)上x(chóng)點(diǎn)。從x點(diǎn)反射回的信號(hào)投射到對(duì)應(yīng)的x元探測(cè)上，通過(guò)處理可得到x個(gè)像素?cái)?shù)的距離信息和強(qiáng)度信息。通過(guò)掃描器掃描，直到探測(cè)到所要求的像素?cái)?shù)時(shí)，成像顯示。這種技術(shù)較為新穎，比較有發(fā)展?jié)摿�，難度也較大。目前這項(xiàng)研究才剛剛起步，用于這項(xiàng)研究的高靈敏度陣列APD探測(cè)器線列維數(shù)可達(dá)32維，面陣APD可達(dá)8×8。將一束光分為幾束光同時(shí)照射目標(biāo)，用相同維數(shù)的探測(cè)器探測(cè)對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)高速高分辨率成像。這項(xiàng)研究難度較大，對(duì)掃描器的要求較高，信號(hào)的探測(cè)也較為困難。以上是三種不同的成像技術(shù)，必須根據(jù)實(shí)際要求來(lái)選擇不同的方法。