激光雷達(dá)模擬樣機(jī)系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、由于激光雷達(dá)具有極高的角分辨率、距離分辨率、速度分辨率，且測(cè)速范圍廣、能獲得目標(biāo)的多種圖像、抗干擾能力強(qiáng)、比微波雷達(dá)的體積和重量小等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。隨著近年來(lái)激光雷達(dá)的發(fā)展，由于無(wú)掃描成像激光雷達(dá)具有高幀率、寬視場(chǎng)、堅(jiān)固、體積小等優(yōu)點(diǎn)已成為該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，一直受到各國(guó)軍方關(guān)注。為滿足當(dāng)前對(duì)此類激光雷達(dá)的迫切需求，進(jìn)行成像激光雷達(dá)的研究是十分必要的。本文通過(guò)對(duì)凝視型成像激光雷達(dá)進(jìn)行原理性驗(yàn)證，同時(shí)研究

2、其關(guān)鍵技術(shù)，研制出激光雷達(dá)模擬樣機(jī)，并對(duì)其性能做了實(shí)驗(yàn)研究。該研究成果可應(yīng)用于偵查、制導(dǎo)、水下探測(cè)、測(cè)污等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　研究了滿足本實(shí)驗(yàn)要求激光雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)。采用Nd：YAG激光器，利用發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，改變出射激光的束散角。對(duì)整體發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)試了發(fā)射系統(tǒng)的能量損耗和擴(kuò)束能力。
　　激光雷達(dá)模擬樣機(jī)接收系統(tǒng)是本研究中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求，利用軟件設(shè)計(jì)了單個(gè)光學(xué)透鏡系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行拼

3、接來(lái)獲得更大接收視場(chǎng)，加工組裝后得到滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求的光學(xué)復(fù)眼系統(tǒng)。探討了APD探測(cè)器的選取和參數(shù)，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的電路。通過(guò)計(jì)算結(jié)果選取了數(shù)值孔徑合適的階躍型光纖，分析了機(jī)械對(duì)準(zhǔn)誤差給耦合效率帶了的影響，在實(shí)驗(yàn)中測(cè)定了耦合效率，設(shè)計(jì)加工了精密光纖耦合器，從而保證準(zhǔn)確對(duì)接。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)單個(gè)光纖信號(hào)的結(jié)果進(jìn)行了分析和研究，測(cè)試了其測(cè)距能力，探討復(fù)眼接收系統(tǒng)的基本性能。目前的激光掃描成像大多為一次發(fā)射對(duì)應(yīng)一個(gè)像點(diǎn)，為了得到高的成像分辨率，就

4、需要激光工作頻率很高，這使得光信息處理也面l臨數(shù)據(jù)大量繁雜的困難。本方案運(yùn)用波面分割技術(shù)，使一次激光發(fā)射能在復(fù)眼陣列器上得到一組距離數(shù)據(jù)，達(dá)到探測(cè)制導(dǎo)的目的。系統(tǒng)采用特殊設(shè)計(jì)的陣列透鏡構(gòu)成仿生復(fù)眼，通過(guò)光纖“模擬神經(jīng)”與陣列探測(cè)器相耦合，APD探測(cè)器接收的激光信號(hào)通過(guò)相應(yīng)電路轉(zhuǎn)換后經(jīng)處理后，得到一組成像像元的距離信息，通過(guò)數(shù)據(jù)綜合處理形成目標(biāo)距離三維圖像。當(dāng)考慮到需要擴(kuò)大視場(chǎng)時(shí)，由于彈載小型化對(duì)復(fù)眼配數(shù)的限制和激光束散角的擴(kuò)束限制，實(shí)驗(yàn)

5、中采用聲光掃描系統(tǒng)。聲光掃描與機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)完全不同，雖然光束在掃描，而發(fā)射與接收裝置是固定的，這種掃描方案只能在較小視場(chǎng)中應(yīng)用，由于彈載制導(dǎo)系統(tǒng)監(jiān)控視場(chǎng)很小，選擇聲光掃描是非常適宜的。聲光掃描與振鏡掃描相比又具有穩(wěn)定可靠和抗光傷強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。由基本原理入手，選取TeO2作為聲光材料，運(yùn)用聲光偏轉(zhuǎn)技術(shù)改變激光傳輸方向，研制出一維可調(diào)式聲光偏轉(zhuǎn)器，偏轉(zhuǎn)角為2°，掃描方式通過(guò)改變射頻信號(hào)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)研究了聲光偏轉(zhuǎn)器的衍射效率的提高途徑，測(cè)