登陆注册
6035300000021

第21章 高精尖新—激光雷达

1.认识激光雷达

激光从本质上来说它也是一种电磁波,所以人们又研制出了激光雷达。

激光雷达是指用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术完美结合的产物。它由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种各样的激光器,如二氧化碳激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线则是光学望远镜;接收机则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,探测方法可分为直接探测与外差探测。

激光雷达位于香港国际机场两条平行的跑道之间,不断扫瞄机场的升降区,以探测可能影响飞机升降的气流,覆盖范围远至跑道着陆区外3海里(5.6千米)。

激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。1960年激光问世,接着在第二年,科学家就提出了激光雷达的设想,并立刻开展了这项研究工作。50年多来,激光雷达技术已经从最简单的激光测距技术开始,逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术,陆续开发出不同用途的激光雷达。

激光雷达之所以备受关注,是因为它具有独特的优点:激光雷达有极高的角分辨率、具有极高的距离分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强、比微波雷达的体积和重量小等。但是,激光雷达的技术难度很高,至今尚未成熟,而且在恶劣天气时它的性能将会下降,这使它的应用受到了一定的限制。

激光雷达分辨率非常高,可以采集到精确的三维数据,如方位角—俯仰角—距离、距离—速度—强度,并将数据以图像的形式显示,获得辐射几何分布图像、速度图像等,最有潜力成为重要的侦察手段。美国雷声公司已经研制出的“ILR100”激光雷达,安装在高性能飞机和无人机上,在待侦察地区的上空以120~460米的高度飞行,用GaAs激光进行行扫描。获得的影像可实时显示在飞机上的阴极射线管显示器上,或通过数据链发送至地面接收站。

激光雷达是一项正在迅速发展的高新技术,在军事领域具有广泛的用途,受到了各国军事部门的极大关注。激光雷达系统将激光用于回波测距、定向,并通过位置、径向速度及物体反射特性识别目标,充分体现了特殊的发射、扫描、接收和信号处理技术。在国际上,激光雷达是被限制扩散的军事技术之一。

激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统,它的工作原理和构造与激光测距仪极为相似。它的主要作用是能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状,探测、识别、分辨和跟踪目标。

激光雷达系统是一种集激光,全球定位系统和惯性导航系统三种技术于一身的系统,用于获得数据并生成精确的地面数字高程模型。这三种技术的结合,可以高度准确地定位激光束在物体上打光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型的地形激光雷达系统和已经成熟并应用于获得水下数字地形模型的水文激光雷达系统,这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量。

激光本身就是具有非常精确的测距能力,它的测距精度可高达几个厘米,而激光雷达系统的精确度除了取决于激光本身因素,还取决于全球定位系统和惯性测量单元与激光三者之间的同步等许多内在因素。

激光雷达系统包括一个单束窄带激光器和一个信号接收系统。它工作时,激光器产生并发射一束光脉冲,打在物体上并反射回来,最终被接收器所接收。接收器能准确地测量出光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播,所以接收器总会在下一个脉冲发出之前就收到前一个被反射回的脉冲,因为光是以每秒30万千米的速度传播,所以无论用激光雷达探测地球上的哪个地方,激光脉冲都会在一秒中内返回。

激光雷达仍是一项发展中的技术,有的激光雷达系统已经实用,但更多的激光雷达系统仍在艰苦地研制或探索之中。激光雷达的类别可以从不同的角度来进行划分。科学家把那种利用激光脉冲进行探测的雷达称为脉冲激光雷达,把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。若按用途和功能的不同,则可把激光雷达划分成:精密跟踪激光雷达、制导激光雷达、火控激光雷达、气象激光雷达、侦毒激光雷达、水下激光雷达等;若按工作体制不同划分,则有单脉冲、连续波、调频脉冲压缩、调频连续波、调幅连续波、脉冲多普勒等体制的激光雷达。

2.群雄逐鹿—激光雷达面面观

目前,激光雷达在低空飞行障碍物规避、化学/生物战剂探测和水下目标探测等领域已进入了完全实用的阶段,其它军事应用研究也日趋成熟。

(1)飞行防撞高手—空用激光雷达

飞机尤其是直升机在低空巡逻飞行时,极易与地面山峰或建筑物意外相撞。为此,人们研制出能规避地面障碍物的各种机载雷来解决这一问题。目前,这种雷达已在美国、德国和法国获得了巨大成功。

美国研制出的直升机超低空飞行障碍规避系统,使用了固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器,可检测直升机前方很宽的空域,地面障碍物信息被实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上,为直升机的安全飞行起了很大的保障作用。

德国戴姆勒·奔驰宇航公司研制成功的一种“Hellas”障碍探测激光雷达更上技高一筹,它是一种固体1.54微米成像激光雷达,视场为32o×32o,能探测到300~500米距离内哪怕只有拇指一样粗的电线,它将装在新型EC-135和EC-155直升机上。

法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载激光雷达具有多种功能,不但能探测标杆和电缆之类的障碍,还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能,适用于种类飞机和直升机。

(2)生化战高手—陆用探测激光雷达

生物和化学武器的威力不比核武器差多少。所以生化战剂的侦测与防范,一直是各国军方一直关注的重点项目之一。传统的化学战剂探测装置由士兵肩负,一边探测一边前进,这样的探测速度极慢,且士兵也容易感染中毒。

俄罗斯研制成功的“KDKhr-1N”远距离地面激光毒气报警系统,可以实时地远距离探测所有化学毒剂攻击,精确确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数,并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号,这无疑比传统探测前进了一大步。

德国研制成功的“VTB-1型”遥测化学战剂传感器技术更加先进,它使用两台9~11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器,利用微分吸收光谱学原理来遥测化学战剂来各种特点和参数,既安全又准确。

(3)敢下五洋捉鳖—海用激光雷达

以前对水下目标进行警戒、搜索、定性和跟踪的传统方式是采用体大而重的声呐系统。那是一种根据声波的发射和接收方式制成的声呐,声呐可分为主动式和被动式,可对水中目标时刻进行警戒、搜索、定性和跟踪。只是它体积很大,重量一般在600千克以上,有的甚至达几十吨重,操纵和收放都很不灵活。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备,通过激光发射器发射大功率窄脉冲激光,来探测海面下的目标并对这些目标进行分类,这个操作和过程既简便,精度又高。

迄今为止,机载海洋激光雷达已发展了三代产品。20世纪90年代研制成功的第三代系统以第二代系统为基础,增加了全球定位和定高功能,系统与自动导航仪接口,实现了航线和高度的自动控制。

美国诺斯罗普公司为美国国防高级研究计划局研制的“ALARMS”机载水雷探测系统,具有自动、实时检测功能和三维定位能力,定位分辨率高,可以24小时工作,采用卵形扫描方式探测水下出现的可疑目标。

美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达,最大特点是可对水下目标进行成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积都很大,因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外,成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征,便于识别各种目标,这也成了成像激光雷达的一大优势。

同类推荐
  • 青少年应该知道的湿地

    青少年应该知道的湿地

    本书从湿地基本含义、湿地分类、湿地生物、湿地功能等几大方面详细介绍了湿地对人类生存环境的重要性,以及我国湿地的现存状况。书中还对国际湿地科学、湿地公约等知识也做了大篇幅地解读。
  • 诲人不倦(中华美德)

    诲人不倦(中华美德)

    《论语·述而》:“学而不厌;诲人不倦;何有于我哉!”“诲人不倦”是我国古代著名的思想家、教育家孔子的名言。其实,“诲人不倦”不但是教育工作者的座右铭,也是世代家长教子的准则,更是中华民族传统美德的主要内容之一。千百年来,出现了许多诲人不倦的人和事,如“孟母三迁为育儿”、“曾国藩勤俭治家”等等,使我们深深感到,无论是育人,还是教子,或是治家,都必须坚持诲人不倦的精神,只有坚持诲人不倦的精神,才能为后代的健康成长创造必要的条件。在社会日新月异发展的过程中,以适当的方式,正确运用诲人不倦的方法教育新人与安排好家庭生活,就是对中华民族传统美德最好的继承和创新。
  • 青少年应该知道的鸟类

    青少年应该知道的鸟类

    本书用生动有趣的语言和鲜明突出地事例系统的介绍鸟类的一些基本常识与趣闻。
  • 小发明

    小发明

    文章讲述了方便垃圾桶、蛇皮袋撑扶器、多功能反转晾鞋架、深孔伸缩取物器、能取出自来水管内接断裂物的扳手等内容。
  • 读给孩子听的古代科学故事

    读给孩子听的古代科学故事

    名人具有一种内在的力量品格与个性的力量,而普通人缺乏的正是这种强大的内驱力。对我们而言,拥有健全的头脑和身体是上天赐予我们的幸福,可是对身体有残缺的人来说,他们的成功更是一条充满坎坷的艰辛之路。他们身上所展现出来的人格魅力令人折服,如果我们也拥有这些可贵的坚强品质。那么请相信自己:这个世界没有什么困难可以难倒你!《读给孩子听的古代科学故事》是一本生动、有趣、神奇的古代科学故事书,把这些故事读给孩子们听,不仅可以让孩子们学到一些科技知识,而且还能从一个侧面进一步了解中国古代的文化、地理和历史,从而加深对中华文明的深刻了解和认识。
热门推荐
  • 谋驭天下

    谋驭天下

    这是一个充满阴谋的时代!处处算计,步步心机!外族,皇室,家人,在这样的薄冰之下,沈言又该如何伪装?不一样的权谋智斗,不一样的伪装魅影!
  • 青城微凉

    青城微凉

    男主的身份很神秘,却无意中惹上了不良少女,女主也是不好惹的,就这样,他们的缘分就此开始,女主的身份也慢慢露出水面。此文有异能哦!
  • 云山之外久飘零

    云山之外久飘零

    尚忆振翅横掠揽海天,谁知归去来兮作闲客。昔日通灵仙鸟,如今冷冽仙将。曾参悟万物齐一,也曾历生死苍茫;曾一书一剑飘零远,也曾孤寂遨游天地间。终换得,一夕明星煌煌,黯淡两曜三台。幸于落花时节初逢君,从此风雨交心不言谢。沧溟海中纸扇挽,重霄之上长剑出。非此非彼论诸相,花开不念记风流。烽火再起笼长天,苍山覆血晚照残。长虹贯日映碧落,魑魅魍魉都退却。归来山水皆依旧,墨色正浓坐忘吟——“惯在云山外,久是畸零”。
  • 纨绔百两世子

    纨绔百两世子

    “你叫绝无情?“”正是在下。“云起挺起胸膛,目露寒意。”真巧,本尊也叫绝无情。“什么碰上正版了,怎么办,一个字,逃。传闻某世子风流成性,烂泥一堆,乃废材之体,传闻某宫主冷血无情,传闻,传闻可信嚒?
  • 魔法女巫

    魔法女巫

    一场奇异的暴风雨经历全球,这个世界变化了,魔法巫师,已成现实。每一个人用着这些力量做自己想做的事,却不知危机早已来临。无知的少年,奇异的少女,特别的宠物,也许还有其他的伙伴。
  • 百晓生传奇

    百晓生传奇

    乱世动荡不安,战火纷飞四起。在那个不一样的春秋战国,连修士也不能苟活。诸子百家,群雄豪起,这不是谁能改变的。我们所能做的,就是看着这场历史的进展,进而记录下他们。
  • 我为你而来

    我为你而来

    久别重逢,却是在这种情况下。人气王,杀人犯,甚至是。。。魔法师!?陈洛:咳咳!请不要用这种低级的称号称呼我。悦熙:你会魔法不是?陈洛:。。。用你们的语句来说。。。是叫魔法没错。。。悦熙:你是人不是?陈洛:废话悦熙:那你不就叫魔法师咯!陈洛:。。。好像,说得有道理(可是隐隐觉得哪里奇怪是怎么一回事)
  • 梅祈寒尽暖梨韵

    梅祈寒尽暖梨韵

    梅花只能在刺骨寒风中盛开,这是梨花理解不了的痛苦。可是,她偏生就懂他。她是开国先帝的掌上明珠,是如今圣上最宠爱的侄女,是太子最疼爱的妹妹,她是大宸朝身份尊贵无比的定凉显贵公主。他是国破家亡,藏身于勾栏瓦院的皇子,是以卖笑为生的乐伶,是低到尘土里去的奴仆。她清楚他的野心,却毫不在乎;他夺走她的一切,她也心甘情愿;她爱他入骨,却从不让他知晓。长逸,如果有一天,我不在你身边了,你还会记得我吗。
  • 那個誰

    那個誰

    這是一篇荒唐而散亂的文字拼湊,某種程度上祂顯得有些凌亂——丈二和尚的。讀它,不是為了你想知道,我想告訴你什麼;而是你要知道,你想告訴別人什麼。因此,祂不是一部用眼睛看的書。經歷,或許只有經歷了;才能讓你找見切入到讀祂的門徑。過去、現在、未來;只要有你的心呆過的地方,便有你的意義存在。
  • 华人大亨

    华人大亨

    这是1982年的香港,他来,他见,他征服是他传奇一生最好的概括!亚洲股灾,十亿美金救市;进军好莱坞,令无数华尔街财团高呼“狼来了”;他说,财富于我,只是帮更多人实现价值的数字而已。没事写几本小说,被誉为最受欢迎的华语作家;玩音乐,成为全球音乐风格趋势的风向标;拍电影,屡获全球重要奖项,他只想告诉全世界,有一种电影叫香港;他缔造的商业帝国日进亿金,全球社交网络因他而生,他是全球财经传媒一致盛赞称赞的商界领袖。且看“叶黎组合”如何醉枕香江,玩转财富,成就传奇!