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激光雷达探测与成像

近十多年来,面向应用需求,针对性地开展了激光雷达探测与成像相关理论、方法和实验研究,包括激光散射特性分析与测量、目标激光雷达截面积(LRCS)测试与评估、激光雷达系统方案设计与仿真,研制了多个激光雷达原理样机系统。近期,将根据技术发展趋势,重点围绕激光三维成像雷达、多/高光谱激光雷达遥感探测以及目标分类与识别等技术开展系统深入研究。

一、目标激光特性

在理论分析材料的激光散射特性基础上,利用研制的激光散射自动测量系统,基于对特种材料的实验测试,采用实验室缩比测量和等比建模计算方法,对特定目标的LRCS进行评估,为设计激光雷达系统提供依据和参考。

(一)目标LRCS测试与评估

图1 特定目标的LRCS评估

(二)小型无人机的激光散射特性

研究了目标三维激光雷达散射截面的测试方法,通过严格的实验测试,获得某无人机的三维激光雷达散射截面,为针对无人机探测的激光雷达设计提供了可靠的数据依据。

图2 无人机实物及LRCS测量结果

二、激光雷达原理样机

在目标激光散射特性分析、测量与评估的基础上,针对不同的工作模式和任务,分别设计研制出不同的单、双激光雷达原理样机,包括大视场单、双基地阵列激光雷达目标搜索探测系统以及红外搜索引导下的小视场激光雷达目标探测跟踪激光雷达系统等。

(一)双基地阵列大视场目标搜索探测激光雷达

图3 单站激光雷达目标探测系统(左)双站激光雷达目标接收处理系统(右)

(二)红外搜索引导下的小视场目标探测跟踪激光雷达

图4 基于高速扫描的小视场激光雷达样机

三、新体制激光雷达技术

推广应用各种新兴的光束调控及成像技术,探索激光雷达系统的新体制、新方法和新技术。在国家自然基金、中电集团创新基金、国家部委项目支持下,开展了相控阵激光雷达、激光关联成像雷达、激光三维成像雷达、高光谱激光雷达等新型激光雷达探测技术研究。

(一)光波导相控阵激光雷达

为突破传统光束扫描对激光雷达性能的限制,开展了新型光波导光学相控阵技术研究,实现了光束的大角度高速扫描,设计研制出光波导激光雷达原理样机。

图5 光波导相控阵激光扫描和接收系统

(二)激光关联成像雷达

将关联成像应用于激光雷达,面向远距离目标探测,研究基于光纤相控阵新型赝热光源的激光关联成像雷达相关的理论和方法,根据不同应用场景,设计出激光关联成像雷达系统,开展原理实验验证。

图6 光纤阵列赝热光源产生系统

(三)激光三维成像雷达

利用低分辨阵列探测器和二维超分辨成像技术,研究高速率成像的激光三维成像雷达技术,系统深入开展相关理论方法、系统设计与研制工作。

(四)多/高光谱激光雷达

弥补现有激光雷达主要采用单波长激光探测的不足,更好地挖掘激光雷达对地观测应用的潜力,提升激光雷达在地物的识别、分类等物性探测性能,借鉴多/高光谱遥感技术,开展主—被动遥感技术结合的高光谱激光雷达探测技术研究,使激光雷达保留高空间分辨率三维空间探测能力的同时,兼具地物理化属性探测的能力。