成像激光雷達是激光技術、雷達技術、光學掃描及控制技術、高靈敏度探測技術及高速計算機處理技術的綜合新技術產物。成像激光雷達是激光雷達對硬目標探測的一種綜合應用，其中結合了測角，測距，測速等多種激光雷達功能，從成像激光雷達的發(fā)展可以了解激光雷達對硬目標探測的研究現(xiàn)狀。

1.成像激光雷達簡介

激光雷達的應用十分廣泛， 已從地面發(fā)展到空中， 從空中發(fā)展到太空， 從陸地發(fā)展到海面， 從海面發(fā)展到水下， 并涉及到多個學科領域。它有著常規(guī)雷達不可比擬的優(yōu)勢， 無論在軍事上還是在民用上都有廣闊的應用前景。成像激光雷達應用研究開始于20 世紀70 年代， 與非成像激光雷達相比， 除了功能上不同外， 研究的費用和難度也要大大高于非成像激光雷達。

成像激光雷達是激光技術、雷達技術、光學掃描及控制技術、高靈敏度探測技術及高速計算機處理技術的綜合新技術產物。成像激光雷達可采用多種工作體制， 如采用單元探測器的掃描成像與采用陣列探測器的非掃描成像。采用單元探測器的掃描成像作用距離可以很遠， 但是成像速率會受到一定的限制;采用陣列探測器的非掃描成像激光雷達可以以很高的速率成像， 但是需要泛光照射目標， 所以作用距離不會太遠。目前， 可用于激光雷達的掃描器可分為三種:力學、電學和二元光學掃描器。由于其具有較高的角度分辨率和距離分辨率， 可以同時成目標的強度像和距離像， 還可以成高分辨率的三維圖像， 所以非常適合于在軍事上發(fā)展智能武器， 應用領域主要集中在武器制導方面。

2.發(fā)展歷史

1967年，位于美國MIT的Lincoln實驗室研發(fā)了第一臺相干C02激光雷達，并于1972年開始投入研宄陸基10.6^111波長的激光多普勒雷達，代號“Fire Pond"，該雷達使用CO2激光器和四象限HgCdTe探測器。此后在不斷研宄過程中，先后為該型雷達加裝了髙功率激光雷達功率放大系統(tǒng)(LRPA)，5種不同功能的光電傳感器，可編程寬帶波形發(fā)生器，寬帶激光接收器，模擬拉伸處理器等新設備。1990年，該雷達首次獲得了距離為800-1000km的在軌海洋衛(wèi)星的距離-多普勒圖像，同年，在Firefly實驗中，成功識別了 800km外的模擬導彈彈頭，兩年后，又獲得了距離1500km的在軌衛(wèi)星圖像。2002年美國海軍實驗室的報告報道了基于1550nm波長的光纖激光器實現(xiàn)了 2維合成孔徑成像激光雷達演示實驗，這是第一個具有合成孔徑雷達技術意義的激光雷達成像實驗。2003年美國Raytheon公司提出了一種人眼安全的單脈沖三維Flash激光雷達其研制了一種以HgCdTe為材料的APD陣列探測器，其維數(shù)為10x10和64x48，并開發(fā)了相應的讀出電子學芯片，對每個像元的數(shù)據(jù)進行讀取 ，釆樣時間只需3ns，這種激光雷達可以實現(xiàn)對1.5km遠的電纜和4km遠處的卡車進行成像。

2.1.CO2 成像激光雷達的發(fā)展現(xiàn)狀

美國在激光雷達及其應用研究處于領先地位。20 世紀80 年代美國大力發(fā)展了成像激光雷達技術。林肯實驗室、Loral Vought 系統(tǒng)公司、Ford 航空航天公司、休斯飛機光電和數(shù)據(jù)系統(tǒng)集團、懷特實驗室和Martin Marietta 奧蘭多航天中心等多家研究機構， 完成了成像激光雷達外場實驗， 證實了成像激光雷達在復雜背景下探測和識別目標的能力。根據(jù)報道， 目前唯一在巡航導彈上作為激光地形輪廓匹配系統(tǒng)應用的是AGM -129 戰(zhàn)斧式巡航導彈上的成像激光雷達， 它采用10 .6um 的CO2 激光器。CO2 相干成像激光雷達的研究始于20 世紀70 年代， 于1978年研制出第一臺三維成像外差激光雷達樣機， 突破了傳統(tǒng)的成像觀念， 引起了廣泛的興趣和重視。隨著小型化、高性能CO2 激光器和圖像處理技術的發(fā)展以及軍事的需求， 使得多功能CO2 激光相干成像雷達在整個80 年代獲得了迅速發(fā)展， 到90 年代初，已有數(shù)種樣機問世并開始進行演示性試驗。HgCdTe 探測器是用于CO2 相干激光雷達研究中的探測器， 已經(jīng)可以制造出二維多元陣列HgCdTe探測器， 如640 ×480 元陣列， 為陣列探測CO2 相干激光雷達的研究提供了保證。美國OakRidge [4]  國家實驗室研究了工作于10 .6um 的陣列探測相干激光雷達， 提出了采用二維陣列HgCdTe 探測器進行相干成像， 并用一個30 ×30 元二維HgCdTe 探測器進行了實驗研究。