激光雷達(dá)模擬樣機系統(tǒng)與實驗研究.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，且測速范圍廣、能獲得目標(biāo)的多種圖像、抗干擾能力強、比微波雷達(dá)的體積和重量小等一系列獨特的優(yōu)點，在軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。隨著近年來激光雷達(dá)的發(fā)展，由于無掃描成像激光雷達(dá)具有高幀率、寬視場、堅固、體積小等優(yōu)點已成為該領(lǐng)域研究熱點，一直受到各國軍方關(guān)注。為滿足當(dāng)前對此類激光雷達(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。本文通過對凝視型成像激光雷達(dá)進(jìn)行原理性驗證，同時研究

2、其關(guān)鍵技術(shù)，研制出激光雷達(dá)模擬樣機，并對其性能做了實驗研究。該研究成果可應(yīng)用于偵查、制導(dǎo)、水下探測、測污等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　研究了滿足本實驗要求激光雷達(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。對整體發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行了實驗研究，測試了發(fā)射系統(tǒng)的能量損耗和擴束能力。
　　激光雷達(dá)模擬樣機接收系統(tǒng)是本研究中最為重要的一個環(huán)節(jié)。首先根據(jù)設(shè)計要求，利用軟件設(shè)計了單個光學(xué)透鏡系統(tǒng)，并對其進(jìn)行拼

3、接來獲得更大接收視場，加工組裝后得到滿足實驗設(shè)計要求的光學(xué)復(fù)眼系統(tǒng)。探討了APD探測器的選取和參數(shù)，并設(shè)計了相應(yīng)的電路。通過計算結(jié)果選取了數(shù)值孔徑合適的階躍型光纖，分析了機械對準(zhǔn)誤差給耦合效率帶了的影響，在實驗中測定了耦合效率，設(shè)計加工了精密光纖耦合器，從而保證準(zhǔn)確對接。最后通過實驗對單個光纖信號的結(jié)果進(jìn)行了分析和研究，測試了其測距能力，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)射對應(yīng)一個像點，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)到探測制導(dǎo)的目的。系統(tǒng)采用特殊設(shè)計的陣列透鏡構(gòu)成仿生復(fù)眼，通過光纖“模擬神經(jīng)”與陣列探測器相耦合，APD探測器接收的激光信號通過相應(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)考慮到需要擴大視場時，由于彈載小型化對復(fù)眼配數(shù)的限制和激光束散角的擴束限制，實驗

5、中采用聲光掃描系統(tǒng)。聲光掃描與機械掃描機構(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中應(yīng)用，由于彈載制導(dǎo)系統(tǒng)監(jiān)控視場很小，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)定可靠和抗光傷強度高的優(yōu)點。由基本原理入手，選取TeO2作為聲光材料，運用聲光偏轉(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°，掃描方式通過改變射頻信號頻率來實現(xiàn)。重點研究了聲光偏轉(zhuǎn)器的衍射效率的提高途徑，測