激光雷達(dá)如何按工作介質(zhì)分類?激光雷達(dá)測(cè)距方法有哪些?

激光雷達(dá)的應(yīng)用十分廣泛，各類需要檢測(cè)距離的智能設(shè)備中都有可能存在激光雷達(dá)。為增進(jìn)大家對(duì)激光雷達(dá)的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)激光雷達(dá)的分類以及激光雷達(dá)測(cè)距的方法予以介紹。如果你對(duì)激光雷達(dá)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、激光雷達(dá)如何按工作介質(zhì)分類

1、固體激光雷達(dá)

固體激光雷達(dá)峰值功率高，輸出波長(zhǎng)范圍與現(xiàn)有的光學(xué)元件與器件，輸出長(zhǎng)范圍與現(xiàn)有的光學(xué)元件與器件(如調(diào)制器、隔離器和探測(cè)器)以及大氣傳輸特性相匹配等，而且很容易實(shí)現(xiàn)主振蕩器-功率放大器(MOPA)結(jié)構(gòu)，再加上效率高、體積小、重量輕、可靠性高和穩(wěn)定性好等導(dǎo)體，固體激光雷達(dá)優(yōu)先在機(jī)載和天基系統(tǒng)中應(yīng)用。近年來，激光雷達(dá)發(fā)展的重點(diǎn)是二極管泵浦固體激光雷達(dá)。

2、氣體激光雷達(dá)

氣體激光雷達(dá)以CO2激光雷達(dá)為代表，它工作在紅外波段 ，大氣傳輸衰減小，探測(cè)距離遠(yuǎn)，已經(jīng)在大氣風(fēng)場(chǎng)和環(huán)境監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮了很大作用，但體積大，使用的中紅外 HgCdTe探測(cè)器必須在77K溫度下工作,限制了氣體激光雷達(dá)的發(fā)展。

3、半導(dǎo)體激光雷達(dá)

半導(dǎo)體激光雷達(dá)能以高重復(fù)頻率方式連續(xù)工作，具有長(zhǎng)壽命，小體積，低成本和對(duì)人眼傷害小的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于后向散射信號(hào)比較強(qiáng)的Mie散射測(cè)量，如探測(cè)云底高度。半導(dǎo)體激光雷達(dá)的潛在應(yīng)用是測(cè)量能見度，獲得大氣邊界層中的氣溶膠消光廓線和識(shí)別雨雪等，易于制成機(jī)載設(shè)備。目前不止技術(shù)公司研制的VP300激光雷達(dá)是應(yīng)用于AGV小車，自主移動(dòng)機(jī)器人，商業(yè)服務(wù)機(jī)器人的典型代表，其探測(cè)范圍可達(dá)50m。

二、激光雷達(dá)測(cè)距方法有哪些

“激光測(cè)距里的千里眼”——脈沖激光測(cè)距法

脈沖激光具有峰值功率大的特點(diǎn)，這使它能夠在空間中傳播很長(zhǎng)的距離，所以脈沖激光測(cè)距法可以對(duì)很遠(yuǎn)的目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。很遠(yuǎn)是有多遠(yuǎn)呢?目前人類歷史上最遠(yuǎn)的激光測(cè)量距離是地球和月亮之間的距離，他們采用的就是脈沖激光測(cè)距法。自2019年6月以來，我國天琴計(jì)劃團(tuán)隊(duì)已經(jīng)多次成功實(shí)現(xiàn)地月距離的測(cè)量，通過對(duì)脈沖飛行時(shí)間的精確計(jì)時(shí)，得到地月距離在351，000 km到406，000 km(橢圓軌道)之間波動(dòng)。

脈沖激光測(cè)距是一種發(fā)展十分成熟的測(cè)距體制，不僅可以用來對(duì)遠(yuǎn)目標(biāo)探測(cè)，還可以用在數(shù)公里甚至數(shù)十米測(cè)量場(chǎng)景下。目前的汽車自動(dòng)駕駛中也大多采用這種方法，其測(cè)距精度可以達(dá)到厘米量級(jí)，這對(duì)大部分的應(yīng)用場(chǎng)景已經(jīng)足夠。

“明察秋毫”的相位激光測(cè)距法

對(duì)那些對(duì)測(cè)距精度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，如“空間交匯對(duì)接”中最后的接近段等，厘米級(jí)的測(cè)距精度已經(jīng)不能滿足它們的要求，這時(shí)候需要用相位激光測(cè)距的方法來測(cè)量。

相位激光測(cè)距發(fā)射的是經(jīng)過了調(diào)制的連續(xù)激光信號(hào)，通過測(cè)量回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)之間的相位差來確定目標(biāo)的距離。與脈沖激光測(cè)距相比，相位式激光測(cè)距法有更高的測(cè)距精度，其測(cè)距精度可以達(dá)到毫米級(jí)。但是由于相位式測(cè)距發(fā)射的激光為連續(xù)波，這使得它的平均功率遠(yuǎn)低于脈沖激光的峰值功率，因而無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離目標(biāo)的探測(cè)。我們生活中常用的手持式激光測(cè)距儀大多都是采用相位激光測(cè)距的方法。

“追著你測(cè)”的調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距法

如果目標(biāo)是運(yùn)動(dòng)的，除了距離，我們還想知道目標(biāo)的速度時(shí)，該怎么辦呢?隨著航天技術(shù)的發(fā)展，保證航天器能夠安全的軟著陸成為一個(gè)重要的問題。單次脈沖激光測(cè)距和相位測(cè)距法只能獲得目標(biāo)的距離信息，若要獲得其速度至少需要兩次測(cè)量結(jié)果并結(jié)合兩次測(cè)量的時(shí)間間隔來計(jì)算。而這樣計(jì)算出來的平均速度的精度遠(yuǎn)低于激光多普勒測(cè)速雷達(dá)的測(cè)速精度。

調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距方法可以解決這個(gè)問題，它不僅可以測(cè)距，還可以測(cè)速，因此可以應(yīng)用于相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高的目標(biāo)測(cè)距。美國國家航天局NASA于2006年提出的用于重返月球和探測(cè)火星的自主著陸和障礙規(guī)避計(jì)劃(ALHAT計(jì)劃)正是采用了這種測(cè)距方法，該雷達(dá)于2008年和2010年進(jìn)行了飛行試驗(yàn)，取得了不錯(cuò)的效果。

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