固態(tài)激光雷達(dá)三種技術(shù)手段

所謂的固態(tài)激光雷達(dá)，大家普遍的認(rèn)識(shí)是不旋轉(zhuǎn)的就是固態(tài)激光雷達(dá)。通常分為三種，基于相控陣、Flash、MEMS三種方式實(shí)現(xiàn)的。

采用相控陣原理實(shí)現(xiàn)固態(tài)激光雷達(dá)，完全取消了機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)發(fā)射陣列中每個(gè)發(fā)射單元的相位差來改變激光的出射角度。光學(xué)相控陣一般都是通過電信號(hào)對(duì)其相位進(jìn)行嚴(yán)格的控制實(shí)現(xiàn)光束指向掃描，因此也可以稱為電子掃描技術(shù)。激光測(cè)速它也是基多普勒原理的一種激光測(cè)速方法，用得較多的是激光多普勒流速計(jì)(見激光流量計(jì))，它可以測(cè)量風(fēng)洞氣流速度、流速、飛行器噴射氣流流速、大氣風(fēng)速和化學(xué)反應(yīng)中粒子的大小及匯聚速度等。但也易形成旁瓣，影響光束作用距離和角分辨率，同時(shí)生產(chǎn)難度高。

采用3D Flash技術(shù)的固態(tài)激光雷達(dá)屬于非掃描式雷達(dá)，發(fā)射面陣光，是以2維或3維圖像為重點(diǎn)輸出內(nèi)容的激光雷達(dá)。雖然穩(wěn)定性和成本不錯(cuò)，但主要問題在于探測(cè)距離較近，在技術(shù)的可靠性方面還存在問題。

而基于MEMS的固態(tài)激光雷達(dá)，是通過微振鏡的方式改變單個(gè)的發(fā)射角度進(jìn)行掃描，由此形成一種面陣的掃描視野。目前基于MEMS方式的激光雷達(dá)，有很多的廠家在研發(fā)。MEMS相對(duì)于前兩者，技術(shù)上更容易實(shí)現(xiàn)，且價(jià)格也比較低廉。雖然很多激光傳感器的水平視場(chǎng)角是360°的，我們實(shí)際應(yīng)用時(shí)一般只會(huì)用到90°-120°。因此被主機(jī)廠商也一致看好。

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激光雷達(dá)可進(jìn)行水下探物

美國(guó)諾斯羅普公司為美國(guó)高等級(jí)研究計(jì)劃局研制的ALARMS機(jī)載水的雷探測(cè)系統(tǒng)，具有自動(dòng)、實(shí)時(shí)檢測(cè)功能和三維定位能力，定位分辨率高，可以24小時(shí)工作，采用卵形掃描方式探測(cè)水下疑似目標(biāo)。

美國(guó)卡曼航天公司研制成功的機(jī)載水下成像激光雷達(dá)，很大特點(diǎn)是可對(duì)水下目標(biāo)成像。由于成像激光雷達(dá)的每個(gè)激光脈沖覆蓋面積大，因此其搜索效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非成像激光雷達(dá)。激光雷達(dá)組成激光雷達(dá)組成：發(fā)射、接收和信號(hào)處理三個(gè)主要部分組成。另外，成像激光雷達(dá)可以顯示水下目標(biāo)的形狀等特征，更加便于識(shí)別目標(biāo)，這已是成像激光雷達(dá)的一大優(yōu)勢(shì)。

激光雷達(dá)的現(xiàn)狀及應(yīng)用

激光技術(shù)從它的問世到現(xiàn)在，雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但是由于它有：高亮度性、高方向性、高單色性和高相干性等幾個(gè)極有價(jià)值的特點(diǎn)，因而在軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生和科學(xué)研究等方面都有廣泛的應(yīng)用。

1. 軍事方面的應(yīng)用

目前，在水的雷探測(cè)激光雷達(dá)、化學(xué)試劑探測(cè)激光雷達(dá)、大氣監(jiān)測(cè)激光雷達(dá)等方面已經(jīng)有了很大的成就。另外，中國(guó)的攻擊激光雷達(dá)已經(jīng)相當(dāng)?shù)南冗M(jìn)。

2. 測(cè)風(fēng)方面的應(yīng)用

多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)具有高分辨率、高精度、大探測(cè)范圍、能提供晴空條件下三維風(fēng)場(chǎng)信息的能力。多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)利用光的多普勒效應(yīng)，測(cè)量激光光束在大氣中傳輸及其回波信號(hào)的多普勒頻移來反演空間風(fēng)速分布。光速和往返時(shí)間的乘積的一半，就是測(cè)距儀和被測(cè)量物體之間的距離。主要有相干（外差）探測(cè)和非相干（直接）探測(cè)兩種方式。

3. 氣象方面的應(yīng)用

我國(guó)已經(jīng)建立12個(gè)沙塵暴長(zhǎng)期觀測(cè)站，初次形成全國(guó)性的沙塵暴監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。可以通過先進(jìn)的觀測(cè)、等的聯(lián)合研究，查明中國(guó)沙塵暴發(fā)生的確切源地，科學(xué)地分辨氣象、氣候條件變化等自然因素和沙漠化土地增加等人為因素對(duì)沙塵暴的影響，為準(zhǔn)確預(yù)警、預(yù)報(bào)沙塵暴，制定全方面的防治計(jì)劃提供科學(xué)依據(jù)。近年來，激光雷達(dá)被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航領(lǐng)域，如機(jī)器人、無人機(jī)的避障以及智能車的自動(dòng)駕駛(領(lǐng)域，應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)大，打破了原來僅局限于應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的局面，而在民用和商業(yè)領(lǐng)域得到較快發(fā)展。

4. 醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

美國(guó)能源部所屬的Oak Ridge國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出一種集成了激光和雷達(dá)系統(tǒng)的系統(tǒng)，研究人員希望這種同頻連續(xù)波激光雷達(dá)映射系統(tǒng)，可以從身體上去除壞死的皮膚和肌肉。

5. 水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

目前，全國(guó)由于建設(shè)開發(fā)的影響，給水土流失治理帶來很大的難度，據(jù)調(diào)查，全國(guó)每年由于開發(fā)建設(shè)使水土流失面積達(dá)到1.00×104平方千米由以上。由于激光雷達(dá)在測(cè)量精度上比傳統(tǒng)方法測(cè)量結(jié)果要精細(xì)許多，更真實(shí)、可信。