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激光雷達發展歷程回顧及趨勢分析

2017-07-19   來源:尚光網   評論:0
摘要:縱觀激光雷達在歐洲、美國、前蘇聯、日本和中國的發展歷史, 激光雷達經歷了許多發展階段,從最早的激光測距,使得其在軍事方面的測距和武器制導上有廣泛的應用,尤其是激光定位(雙基地雷達)。

       自上世紀60年代激光被發明不久,激光雷達就大規模發展起來。激光成為真正的推動者,使得激光雷達變得既便宜又可靠,使得與其他傳感器技術相比更具有競爭力。激光雷達開始在可見光區域工作(紅寶石激光器),而后是近紅外區(Nd:YAG激光器),最后是在紅外區域(CO2激光器)。目前,很多激光雷達工作在對人眼無害的近紅外區域(?1.5 μm)。基于激光雷達原理,OCT和數字全息等許多新的技術逐漸受到重視。

激光雷達應用于測繪主要有測距、定位以及地球及地外物體的圖形繪制;相干激光雷達在環境應用有重要應用,例如風力傳感以及合成孔徑激光雷達的開發;門控成像主要應用于軍事、醫療以及安全方面;激光微雷達在血管研究以及眼科視力矯正方面得到了應用。鬼激光雷達已經以新技術的形式應用在理論和模擬方面。激光雷達作為一種重要的技術,應用在自動駕駛汽車和無人飛行器方面,它也被警方用來測量速度,以及游戲中,比如微軟的Kinect體感游戲。

縱觀激光雷達在歐洲、美國、前蘇聯、日本和中國的發展歷史, 激光雷達經歷了許多發展階段,從最早的激光測距,使得其在軍事方面的測距和武器制導上有廣泛的應用,尤其是激光定位(雙基地雷達)。進一步的研究導致了基于二維門控監測的激光成像系統以及正在裝備過程中的三維成像技術的發展。成像系統的發展主要包括:更大范圍以及跨距離的分辨率、單光子敏感陣列以及具有多種功能的多頻率或寬光譜發射激光,更好的穿透能力、穿越植物、穿越密集的介質而進行目標識別等應用。

在民用以及軍民兩用方面,在大氣和海洋遙感研究方面環境激光雷達已經技術成熟,而在很多國家三維測繪激光雷達已經進入運行狀態。隨著激光的效率越來越高,而且也更小巧、更便宜,這為汽車以及無人機提供了潛在應用,在自動駕駛汽車方面的應用可能是激光雷達最為廣泛的商業應用,這極大的減小了激光雷達的尺寸、重量以及造價。

激光雷達技術在醫學方面有很多應用,其中一個例子是光學低相干斷層掃描,這個技術起源于激光反射儀在眼科中研究眼睛結構的三維復原方面的廣泛應用,實現對血管的三維內窺鏡研究,擴展到多普勒三維測速儀,另一個重要的例子是人類眼睛屈光度的折射成像研究。

在激光雷達系統研究中,伴隨出現了許多新興的技術和方法,包括:多孔徑以及合成孔徑、雙向操作、多波長或寬頻發射激光、光子計數和先進的量子技術、組合被動和主動系統,以及組合微波及激光雷達等。同時,也期待使用相干激光雷達使得人們的增加獲得全場數據的方法。在組件方面,有效的多功能激光源、緊湊的固態激光掃描儀、針對非機械光束控制和整形、敏感的以及更大的焦平面陣列、有效的硬件以及處理激光雷達信息和高數據速率的算法等,來實現直接以及相干檢測。

通過對比激光雷達技術50年來在各國的發展所取得的成就,結果顯示激光雷達技術及相關應用仍具有廣泛的應用前景。


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