激光雷达论文
激光雷达技术在气象中的应用
摘要
激光束与大气物质相互作用而产生回波信号是大气探测激光雷达进行大气探测的关键。激光雷达探测大气环境的工作原理是激光器发射的激光通过与大气中的气溶胶及各种大气成分的作用而产生后向散射信号。对探测器接收的携带着被测物质有关的信息(吸收、散射等)进行分析处理便可得到所需的大气物理要素(如大气消光系数、速度、密度等)。
本文主要介绍了激光雷达在气象要素即大气温度、大气湿度和风速中的应用。
关键词：激光雷达气象要素温度风速
目录
一．引言 (4)
二．激光雷达在大气温度检测中的应用 (4)
2.1基于瑞利散射的大气温度检测研究 (4)
2.1.1基于测量瑞利散射回波能量的方法 (5)
2.1.2基于测量瑞利散射半高线宽的方法 (5)
2.2基于拉曼散射的大气温度检测研究 (6)
2.2.1基于转动拉曼散射的方法 (6)
2.2.2基于振动拉曼散射的方法 (7)
三．激光雷达在大气湿度中的应用 (7)
四．激光雷达在风速检测中的应用 (8)
五．参考文献 (9)
六．心得体会 (9)
一．引言
激光雷达系统从整体上可分为激光发射、回波信号接收和采集以及控制三大部分。激光束与大气物质相互作用而产生回波信号是大气探测激光雷达进行大气探测的关键。激光雷达探测大气环境的工作原理是激光器发射的激光通过与大气中的气溶胶及各种大气成分的作用而产生后向散射信号。对探测器接收的携带着被测物质有关的信息(吸收、散射等)进行分析处理便可得到所需的大气物理要素(如大气消光系数、速度、密度等)。在大气环境污染观测中有关风速、气温、湿度等气象要素是不可缺少的重要参数，所以可以将激光雷达技术在气象中的应用按其要素分为在大气温度检测中的应用、在大气湿度检测中的应用、在风速检测中的应用。
二．激光雷达在大气温度检测中的应用
在进行大气物理特性测试、天气预报相关大气参数的获取以及环境监测等领域中,大气温度是至关重要的一个参数。大气温度及其分布的相关信息的准确获取,对正确评估大气物性及其变化趋、!对流活动、云层状态等一系列构成大气复杂系统的参量,具有及其重要和最基本的意义。目前大气温度探测较成功的系统有瑞利散射激光雷达系统和转动拉曼散射激光雷达系统,理论及已发表的研究成果表明,这两种系统是在理论和实际应用上都各有优势、物理上可实现的系统。
2.1基于瑞利散射的大气温度检测研究
瑞利散射是一种中心波长与入射激光波长相同,谱宽依存大气温度变化的弹性散射,它是由散射体粒径比激光波长小的分子或原子引起的散射现象,主要用于大气温度、大气分子密度等参数的测量。
2.1.1基于测量瑞利散射回波能量的方法
基于测量瑞利散射回波能量方法的瑞利散射激光雷达可实现对大气温度的探测。目前国际上利用激光雷达探测大气温度大多是利用该方法,如加拿大Western Ontario大学的瑞利散射激光雷达系统、美国通讯研究实验室(CRL)的瑞利散射激光雷达系统等。这类激光雷达以理想气体方程和流体静力学方程为理论基础,利用了大气分子的瑞利散射与大气温度的关系来探测大气温度剖面。其主要思想是:(l)认为30km以上的大气回波主要是分子瑞利散射信号,忽略气溶胶粒子的散射;(2)假设已知某一高度上的大气密度,可得到大气密度分布;(3)结合理想气体状态方程和大气静力学方程求得大气温度。然而研究表明,在30knl以下的高度,难以进行精确的测量,其原因主要是由于低空气溶胶的存在,干扰了大气分子瑞利散射的测量。因此采用此方法的瑞利散射激光雷达只能测量30一90km高度的大气温度剖面,而不适于低空测量。
2.1.2基于测量瑞利散射半高线宽的方法
研究表明,大气分子的瑞利散射谱的宽度(半波长线宽,FWHH)是温度的直接函数,即散射谱的FWHH近似正比于大气温度的平方根。根据这一理论,通过测量出瑞利散射的FWHH即可得到大气的温度。这种方法是一种频域测量的方法,由于米氏散射的FWHH非常窄,通常只有几十MHz,而瑞利谱的FWHH要远大于米氏散射谱的FWHH,大约在IGHz左右,因此该方法可以在频域上有效滤除气溶胶产生的米氏散射干扰,使得瑞利激光雷达在30km以下也能够得到应用。
瑞利散射谱的FWHH的通常能够通过分子吸收滤波器测得,通常使用碘分子1109吸收线作为边缘滤波器。若使激光出射频率扫描1109吸收线,则不同高度、不同温度的大气后向散射光通过碘吸收池后,将产生不同的透过率强度,以此来达到检测温度的目的。所谓测量相对透射率即把大气后向散射光分成两部分,一路由探测器直接测量,另一路通过碘滤波器后被探测器接收,两路比值即可得到相对透射率。然而,大气瑞利散射谱的FWHH不仅仅与温度有关,而且和气压也有一定
的关系。随着气压的增大,散射谱中碰撞展宽所占的比例也就越大,散射分量就越多大。特别在低空大气中,大气瑞利散射谱的FWHH就不再严格正比于温度的平方根,而是存在比较大的偏差。这样使得探测的精度不高,大约只有5K左右。[1] 2.2基于拉曼散射的大气温度检测研究
拉曼散射是散射分子在照射光照射下产生的电磁极化,使它们的转动能态和振动能态发生变化,结果使得散射光子频率不同于入射光子。它是激光与大气中各种分子之间的一种非弹性相互作用造成的结果,其最大特点是散射光的波长和入射光不同,从而产生了向长波或短波方向的移动,而且散射光波长移动的数值与散射分子的种类密切相关。其散射截面是各种散射机理中较小的一种,需要高效率的分光及检测系统,但由于其特殊的散射机理,很适合用来探测大气温度、水蒸气密度和大气成分。
2.2.1基于转动拉曼散射的方法
纯转动拉曼激光雷达利用N2或O2分子的转动谱线强度与温度的关系可以测量底层大气的温度分布。由于拉曼散射光子数的多少与该气体的分子数的多少成正比,因此接收不同高度上待测气体分子的拉曼后向散射光回波能量的大小即可确定该气体的浓度。实际探测中,为了减小测量误差,通常以大气中含量稳定以及由实验精确测定的N2或O2分子的拉曼散射回波作为参考标定值,以获得较为可靠的气体分子的浓度探测值;然后将两者相比较,可以得到待测气体的相对浓度。
拉曼散射的谱宽相对较大,对激光器的频率特性及分光器分辨力的要求相对较低,是一种结构相对简单、成本较低、却很有潜力的激光雷达。Andreas Behrendt 及yuri Aishinovl30]等相继开发出高精度测温拉曼激光雷达系统。然而,由于拉曼散射信号的强度相对于气溶胶引起的米氏散射及大气分子引起的瑞利散射要小3一4个数量级,高精度的测量需要大的激光能量和望远镜接收系统。特别对存在高密度气溶胶的边界层内的白天测温,需要设计一个既能高精度去除太阳背景光及干扰信号(米氏、瑞利散射信号),同时又能保证足够测量信号信噪比的高精度、
高效率的分光器。虽然目前利用纯转动拉曼激光雷达已能对较高对流层及夜间的大气温度进行较高精度的测量，但对白天边界层内的大气温度进行高精度测量一直是激光雷达遥感的技术难题。
2.2.2基于振动拉曼散射的方法
利用N2分子振动拉曼散射的回波信号,通过扣除大气透过率的影响,可以得到N2分子密度。通常认为大气中N2分子的体积混合比是常数,从而可以得到大气分子的密度,然后结合大气静力学方程和理想气体状态方程可以得到大气温度,故激光雷达可利用其振动拉曼散射回波探测对流层中上部大气温度分布,相对转动拉曼频移来说,振动拉曼频移要大许多,对光谱分辨率的要求更低,故可以弥补瑞利雷达和转动拉曼激光雷达高度上的不足。美国戈达德航天飞行中心以及法国国家科学研究中心等研制的振动拉曼激光雷达最大探测高度达25-30km。但是N2分子振动拉曼散射较转动拉曼散射还要小大约1-2个量级,故对其信号检测能力要求更高。[2]
三．激光雷达在大气湿度中的应用
水汽在大气中的含量虽然很少，但却是时空变化最活跃的一种气体成分。它是生成云和降雨必不可少的因子，对天气和气候的变化有着重要的影响。
水汽在红外波段有许多吸收带，它能吸收相当一部分太阳辐射能，从而使它成为平衡地气系统辐射收支的一个重要因素。水汽的这些重要影响与其含量及其垂直分布特征有着密切的关系。拉曼和差分吸收激光雷达均可以探测水汽的空间和时间分布特征。早在60年代末期，Melfi和Cooney等就首先论证了利用Raman 光谱技术探测大气中水汽垂直分布的可行性。随着激光技术和弱信号探测技术的发展, 激光雷达探测水汽的能力逐渐提高, 尤其进入90年代以来,激光雷达在探测水汽的高度、空间和时间分辨率、测量精度上都得到了迅速发展, 显示了它在捕获水汽的空间结构和随时间变化特征等方面具有优越的能力。[3]
四．激光雷达在风速检测中的应用
风速是气候学研究的重要参数之一，大气中风速的测量对研究全球气候变化，提高数值天气预报的精度，监测机场气流、优化飞机、轮船航行路线十分重要，局部地区风场特征在火箭发射、航天飞机的起飞和着陆以及军事等方面都具有重要的意义。利用激光多普勒雷达来监测风场具有其他技术无法比拟的优点。
多普勒(Doppler)激光雷达利用激光多普勒效应,通过测量散射频率相对于发射激光频率的多普勒频移量测量大气风速,获得风场的时空变化。多普勒测风激光雷达的探测方式分两种：相干（外差）探测和非相干（直接）探测方式。无论是相干、还是非相干多普勒激光雷达系统都是测量大气风场的强有力的工具。
相干检测方法的优点在于：高信噪比，等效噪声功率接近理论极限。这是因为首先本振激光可以提供足够的信号能量;其次，相干检测仅对信号中的频率信息敏感，对于信号能量起伏敏感；还有，相干检测得到中频信号可减小系统接收带宽，这样既可以压缩信号带宽，又便于频率探测。
相干检测也有很大的局限性，主要表现在：①相干多普勒激光测风雷达系统一般采用10.6μm 的CO2激光器，而10.6μm 的Rayleigh 散射系数要比短波长的1.06μm 或532nm 的Rayleigh 散射系数小 4 个量级，因此在气溶胶散射可以忽略的30～80km 大气层范围内利用CO2多普勒激光雷达难以探测到风场。
②对于短波长，如2μm 或 1.06μm 相干激光多普勒雷达，Rayleigh 散射系数强一些，但是Rayleigh 散射谱线的半高全宽(FWHM)约为 2.4GHz，这对相干检测来说过宽。③根据天线理论，相干检测的光学准直要求十分严格。要得到高的相干效率，雷达系统接收视场角?必须满足Ar?=λ2，其中Ar是接收面积，λ
是波长。接收视场角的失准严重影响相干效率，对短波长的相干多普勒激光雷达系统来说，校准的要求更为苛刻。④大气扰动引起的光学畸变会引入相干损失，这在短波长相干多普勒激光雷达系统中更加明显。
自1966年首次使用相干激光雷达测风以来，经过半个世纪的发展，地基相干系统已经相当成熟，但是由于其对发射激光的相干性要求高，对发射、接受光
学系统质量要求严格，技术实现难度大，容易受空气湍流的影响，一般只能用于边界层小风速的测量。
非相干激光多普勒测风雷达系统的发展要晚于相干激光多普勒雷达测风系统，近20年来，非相干检测技术逐渐受到高度重视,具有广阔的发展前景。相对于相干检测，非相干检测有如下特点：①由于没有相干效率的限制，系统接收视场可以是衍射极限的几百倍，这允许发射激光束有相对大的发散角。②由于每次测量是空间单元的平均，大气散斑的几乎没有相干损失，影响可以忽略。③工作在短波长，如 1.06μm、532nm 或355nm 的非相干多普勒激光雷达可获得更大数量级的Rayleigh 散射信号，提高风场的探测高度。④利用非相干多普勒激光雷达可以同时分析Mie 散射和Rayleigh 散射。
五．参考文献
[1]吴永华,胡欢,胡顺星等.瑞利散射激光雷达探测平流层和中间层低层大气温度[J].大气科学,2002,26(l):23-29.
[2]吴永华,李陶,胡顺星,等.瑞利-拉曼散射激光雷达探测大气温度分布[J].中国激光,2004,31(7):851-856
[3]尹青,何金海,张华.激光雷达在气象和大气环境监测中的应用[J].气象与环境学报，2009,25(5)：48-56
[4]梁琨.基于布里渊激光雷达的大气温度测量系统的研究[D].武汉：华中科技大学，2008：8-12
六．心得体会
在这次课程报告小组合作任务中，我们组选择的是大气遥感大方向，又根据实际情况分成三个小组，每个小组研究不同的具体方向，我们小组的方向是在气象中的应用，其他小组分别为在卷云探测中的应用和在气溶胶检测中的应用。自己的任务是负责小组论文以及查找用来制作PPT的与本课题有关的图文资料。
光电雷达技术 课程论文 题目激光雷达技术的应用现状及应用前景
专业光学工程 姓名白学武 学号2220140227 学院光电学院 2015年2月28日 摘要：激光雷达无论在军用领域还是民用领域日益得到广泛的应用。介绍了激光雷达的工作原理、工作特点及分类，介绍了它们的研究进展和发展现状，以及应用现状和发展前景。 引言 激光雷达是工作在光频波段的雷达。与微波雷达的T作原理相似，它利用光频波段的电磁波先向目标发射探测信号，然后将其接收到的同波信号与发射信号相比较，从而获得目标的位置(距离、方位和高度)、运动状态(速度、姿态)等信息，实现对飞机、导弹等目标的探测、跟踪和识别。 激光雷达可以按照不同的方法分类。如按照发射波形和数据处理方式，可分为脉冲激光雷达、连续波激光雷达、脉冲压缩激光雷达、动目标显示激光雷达、脉冲多普勒激光雷达和成像激光雷达等：根据安装平台划分，可分为地面激光雷达、机载激光雷达、舰载激光雷达和航天激光雷达；根据完成任务的不同，可分为火控激光雷达、靶场测量激光雷达、导弹制导激光雷达、障碍物回避激光雷达以及飞机着舰引导激光雷达等。 在具体应用时，激光雷达既可单独使用，也能够同微波雷达，可见光电视、
红外电视或微光电视等成像设备组合使用，使得系统既能搜索到远距离目标，又能实现对目标的精密跟踪，是目前较为先进的战术应用方式。 一、激光雷达技术发展状况 1.1关键技术分析 1.1.1空间扫描技术 激光雷达的空间扫描方法可分为非扫描体制和扫描体制，其中扫描体制可以选择机械扫描、电学扫描和二元光学扫描等方式。非扫描成像体制采用多元探测器，作用距离较远，探测体制上同扫描成像的单元探测有所不同，能够减小设备的体积、重量，但在我国多元传感器，尤其是面阵探测器很难获得，因此国内激光雷达多采用扫描工作体制。 机械扫描能够进行大视场扫描，也可以达到很高的扫描速率，不同的机械结构能够获得不同的扫描图样，是目前应用较多的一种扫描方式。声光扫描器采用声光晶体对入射光的偏转实现扫描，扫描速度可以很高，扫描偏转精度能达到微弧度量级。但声光扫描器的扫描角度很小，光束质量较差，耗电量大，声光晶体必须采用冷却处理，实际工程应用中将增加设备量。 二元光学是光学技术中的一个新兴的重要分支，它是建立在衍射理论、计算机辅助设计和细微加工技术基础上的光学领域的前沿学科之一。利用二元光学可制造出微透镜阵列灵巧扫描器。一般这种扫描器由一对间距只有几微米的微透镜阵列组成，一组为正透镜，另一组为负透镜，准直光经过正透镜后开始聚焦，然后通过负透镜后变为准直光。当正负透镜阵列横向相对运动时，准直光方向就会发生偏转。这种透镜阵列只需要很小的相对移动输出光束就会产生很大的偏转，透镜阵列越小，达到相同的偏转所需的相对移动就越小。因此，这种扫描器的扫
A320系列飞机气象雷达系统介绍及机组操作建议 概述：机载气象雷达系统（WXR）用于在飞行中实时地探测飞机前方航路上的危险气象区域，以选择安全的航路，保障飞行的舒适和安全。机载气象雷达系统可以探测飞机前方的降水、湍流情况，也可以探测飞机前下方的地形情况。在显示器上用不同的颜色来表示降水的密度和地形情况。新型的气象雷达系统还具有预测风切变（PWS）功能，可以探测飞机前方风切变情况，使飞机在起飞、着陆阶段更安全。本文主要针对我公司A320系列飞机机载气象雷达系统的组成、工作原理、显示特点及我公司A320系列飞机气象雷达的种类和机组操作建议进行了介绍。 一、机载气象雷达系统的组成 机载气象雷达系统的基本组成由：雷达收发机、雷达天线、显示器、控制面板和波导系统等，如图1-1所示：
雷达收发机：用来产生发射射频脉冲信号和接收并处理射频回波信号，提供气象、湍流和地形等显示数据，探测风切变事件并向机组发送警告和告诫信息。 雷达天线：用来产生高3.6°、宽3.4°的波束并接收回波信号。天线的稳定性受惯性基准组件（IRU）的俯仰和横滚数据控制。 显示器：对于A319/A320/A321飞机来说，气象雷达数据都显示在ND上。 控制面板：用于选择气象雷达的工作方式，控制天线的俯仰角度和稳定性，对接收机灵敏度进行控制。 波导系统：波导管作为收发机和天线之间射频信号桥梁通道。 二、气象雷达对目标的探测 机载气象雷达主要用来探测飞机前方航路上的气象目标和其他目标的存在以及分布状况，并
将所探测目标的轮廓、雷雨区的强度、方位和距离等显示在显示器上。它是利用电磁波经天线辐射后遇到障碍物被反射回来的原理，目标的导电系数越高，反射面越大，则回波越强。要清楚气象雷达如何工作的关键在于了解雷雨的反射率。一般来说，雷雨的反射率被划分成三个部分：雷雨的下三分之一由于温度在冰点之上，所以全部由小雨滴组成，这部分是雷雨中对雷达波能量反射最强的部分。中间部分由过度冷却的水和冰晶组成，由于冰晶是不良的雷达波反射体，所以这部分的反射率开始减小了。雷雨的上部完全由冰晶组成，所以在雷达上几乎不可见。另外，正在形成的雷雨在其上部可能会形成拱形的紊流波，如图2-1所示：
激光雷达的分类 激光雷达，简称Lidar，也称LaserRadar或LADAR（LaserDetectionandRanging：激光探测及测距），是通过激光照射目标并用传感器测量反射光来测量目标距离的一种测量方法。 目前激光雷达广泛应用在测绘、气象监测、安防、自动驾驶等领域。且大部分人认为，激光雷达是自动驾驶不可或缺的关键传感器。目前市面上可见的车载激光雷达，基本都是机械式，其典型特征即为拥有机械部件，会旋转，比如Velodyne著名的大花盆HDL64。当然也有混合固态激光雷达，即外面不转了，但里面仍有激光发射器进行旋转的种类。 但除了这两种激光雷达外，因使用的技术不同，还分为多种激光雷达。下面我们一起来全面了解激光雷达的分类。 根据结构，激光雷达分为机械式激光雷达、固态激光雷达和混合固态激光雷达。 1、机械式激光雷达 机械激光雷达，是指其发射系统和接收系统存在宏观意义上的转动，也就是通过不断旋转发射头，将速度更快、发射更准的激光从“线”变成“面”，并在竖直方向上排布多束激光，形成多个面，达到动态扫描并动态接收信息的目的。 以Velodyne生产的第一代机械激光雷达（HDL-64E）为例，竖直排列的激光发射器呈不同角度向外发射，实现垂直角度的覆盖，同时在高速旋转的马达壳体带动下，实现水平角度360度的全覆盖。因此，HDL-64E在汽车行驶过程中，就一直处于360度旋转状态中。 因为带有机械旋转机构，所以机械激光雷达外表上最大的特点就是自己会转，个头较大。 如今机械激光雷达技术相对成熟，但价格昂贵，暂时给主机厂量产的可能性较低；同时存在光路调试、装配复杂，生产周期漫长，机械旋转部件在行车环境下的可靠性不高，难以符合车规的严苛要求...等不足。 当前的激光雷达战场，机械旋转式方案占据着绝对的统治地位，目前除了美国Quanergy 以外，各大主流的激光雷达供应商都是以机械旋转式的产品线为主，并以此为基础不断推进更高线数产品的迭代。比如做激光雷达起步最早、做的最大的Velodyne，主攻的就是机械激光雷达，其机械激光雷达目前可做到128线，性能非常强悍。 2、混合固态激光雷达 2016年1月的CES消费电子展会上，Velodyne展示了“混合固态超级冰球”（Solid-StateHybridUltraPuckAuto），由此引入了混合固态激光雷达的概念。 机械式激光雷达在工作时发射系统和接收系统会一直360度地旋转，而混合固态激光雷达工作时，单从外观上是看不到旋转的，巧妙之处是将机械旋转部件做得更加小巧并深深地隐藏在外壳之中。
激光雷达具备独特的优点，如极高的距离分辨率和角分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强、比微波雷达的体积和重量小等。这使得激光雷达能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。 自1961年科学家提出激光雷达的设想，历经 40余年，激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，进而研发出不同用途的激光雷达，如精密跟踪激光雷达、侦测激光雷达、侦毒激光雷达、靶场测量激光雷达、火控激光雷达、导弹制导激光雷达、气象激光雷达、水下激光雷达、导航激光雷达等。激光雷达已成为一类具有多种功能的系统。目前，激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学和生物战剂探测和水下目标探测等军事领域方面已进入实用阶段，其它军事应用研究亦日趋成熟。它在工业和自然科学领域的作用也日益显现出来。 一、军事领域应用 侦察用成像激光雷达 激光雷达分辨率高，可以采集三维数据，如方位角-俯仰角-距离、距离-速度-强度，并将数据以图像的形式显示，获得辐射几何分布图像、距离选通图像、速度图像等，有潜力成为重要的侦察手段。 美国雷锡昂公司研制的ILR100激光雷达，安装在高性能飞机和无人机上，在待侦察地区的上空以120～460m的高度飞行，用GaAs激光进行行扫描。获得的影像可实时显示在飞机上的阴极射线管显示器上，或通过数据链路发送至地面站。1992年，美国海军执行了“辐射亡命徒”先期技术演示计划，演示用激光雷达远距离非合作识别空中和地面目标。该演示计划使用的CO2激光雷达在P-3C 试验机上进行了飞行试验，可以利用目标表面的变化、距离剖面、高分辨率红外成像和三维激光雷达成像，识别目标。同时，针对美国海军陆战队的战备需求，桑迪亚国家实验室和Burns公司分别提出了手持激光雷达的设计方案。这种设备能由一名海军陆战队队员携带，重量在2.3～3.2kg之间，可以安装在三脚架上；
激光雷达的发展历程及车用激光雷达的产业格局和发展趋势
目录索引 研究逻辑 (4) 激光雷达：高精度的传感器，与ADAS及无人驾驶形成良好搭配 (5) 激光雷达的原理与结构：基于TOF飞行时间的高精度测量 (5) 激光雷达的发展历程：从机械走向固态，从单线束走向多线束 (6) 激光雷达与ADAS及无人驾驶形成良好搭配 (7) 车用激光雷达的产业格局和发展趋势 (8) 国外企业破风而行，不断寻求技术突破 (8) 国内企业加速追赶，目标产品逐步成型 (12) 低成本化时代来临，路径选择求同存异 (14) 投资建议 (15) 风险提示 (15)
图表索引 图1：激光雷达工作原理图 (5) 图2：激光雷达系统结构图 (5) 图3：机械激光雷达 (6) 图4：固态激光雷达 (6) 图5：单线激光雷达与多线激光雷达对比 (7) 图6：2.5D激光雷达 (7) 图7：3D激光雷达 (7) 图8：主要类型的ADAS传感器 (7) 图9：不同类型的ADAS传感器性能对比 (8) 图10：Velodyne激光雷达产品及主要参数 (9) 图11：HDL-64E正面构造 (9) 图12：HDL-64E背面构造 (9) 图13：Ultra Puck产品计划 (10) 图14：Ultra Puck内部结构 (10) 图15：Quanergy公司的The Mark VIII激光雷达 (10) 图16：The Mark VIII激光雷达的主要参数 (10) 图17：Quanergy公司的S3固态激光雷达 (11) 图18：S3固态激光雷达主要参数 (11) 图19：IBEO车用激光雷达产品 (11) 图20：LUX-4L激光路径 (11) 图21：LUX-8L激光路径 (11) 图22：镭神智能激光雷达产品 (12) 图23：思岚科技激光雷达产品 (13) 图24：华达科捷3D激光雷达 (13) 图25：激光雷达低成本化的主要路径 (14)
浅谈激光雷达技术在林业上的应用 摘要：近年来激光雷达在很多领悟非常受欢迎，更值得一提的是这种技术非常 受森林工作者的欢迎，在森林参数测量方面发挥着非常重要的作用。激光雷达的 成像机理和一般的光学遥感大不相同，它对森林地形以及森林植被分布形式的勘 测能力极强。在对森林高度进行探测时这种优势呗发挥的淋漓尽致，更重要的是 激光雷达具有的这种优势是很多遥感设备无法比拟的。 关键字：林业应用；激光雷达技术；遥感技术 引言 自然界的所有结构中没有比森林更大，更复杂的结构了，森林拥有着自然界 中的很多资源，这些自然资源包括碳水化合物和森林植被所需的所有营养。不管 人类发展到什么程度森林结构都不可能会被其他结构所替代，因为只有森林结构 完整，才能够保证自然界的生态平衡。在通常情况下，要想更好的保证生态平衡，就必须要对森林的很多参数就行测量和分析，但是运用普通的参数测量方法只能 够获得一些简单的数据，这些数据在对大片森林的研究上并不能发挥太大作用。 因此，要想获得大片森林的区域数据，就必须运用远程传感器来实现。另外，激 光技术可以说是一种新的探测技术，它的能力非常强。激光技术不仅可以帮助科 研人员获得所需研究物体或者结构的高度信息，而且可以给出精准的数据信息。 正因如此，在军事研究领悟激光技术也不可或缺。 一、激光雷达技术的测量工具和系统介绍 在数据研究领领域有一种最基本的测量工具，这种测量工具就是激光测距仪。这种仪器在使用时必须要使用激光，而且它的工作频率比家中微波炉的工作频率 高出很多倍。 平常的雷达系统，它的高度都不会超过70英尺，另外，对每一个雷达系统而言，它们都具有一个激光系统，并且这个激光系统是连续的。激光在使用的过程中，它的细节其实是时间决定的，每一刻都代表一个不同的时间。在森林参数测 量过程中运用激光技术可以不仅可以得到树木花草的结构，而且激光还可以凭借 其信号远远大于木材信号的优势来得到整个森林的结构，这也给森林研究人员在 森林结构研究方面带来了极大的便利。 一个大的激光雷达系统是由很多小的激光探测系统组成的，而每一个激光探 测系统就是一个小的激光雷达系统。另外，激光的大小并不是固定不变得，它会 随着飞行高度的变化而不断变化，但是一般情况下激光的大小最大不会超过0.9m。有的时候激光之所以能感觉到树叶，是因为最小的激光非常小，也正因为这个特点，激光雷达系统必须要增加方向上的频率。 二、激光雷达技术在林业上的应用 林业研究领域的很多数据都是靠激光测量出来的，这些数据小到森林中一棵 树的枝干结构信息，大到一个森林的整体结构信息。由此可见激光技术对林业研 究的重要性。另外，雷达激光系统不仅受到国内多数研究领域的欢迎，而且雷达 激光系统在国外也广受商业企业的欢迎。 虽然雷达可以再特定的时间内记录信息，但是对于信号边界的信息可能没有 办法完整记录。要想解决这个问题就必须要运用技术来穿越激光的边界，虽然在 穿越激光边界的过程中会遇到各种各样的问题，但是通过这种方法却可以有效的 获得信号边界信息。
激光雷达在气象和大气环境监测中的应用 摘要：在目前，激光雷达属于运用非常广泛的现代光学遥控设备，是传统雷达 与现代激光技术相融合的产物，在大气环境监测中占据较为重要的地位。文章主 要探讨了激光雷达在气象和大气环境监测中的应用。 关键词：大气环境监测；激光雷达技术；应用要点 前言 激光雷达融合了激光技术和光学以及信息解析方面的知识，将其融入一种现 代化遥感方法。激光雷达在探测波长方面有所缩短，并且波束定位性非常强，所 以自身拥有较强的分辨率与灵敏度，可以精准测量盲区。通常激光雷达能在一定 程度上达到对大气环境、海洋以及陆地的探测，在各个区域占据非常重要的作用。 1.激光雷达概述 在对大气环境中污染物进行监测时，需有效分析气象原因，探测大气中的成分。一般激光雷达可以有效检测出气溶胶与云粒子详细的分布情况，并且可以检 测出大气成分、污染环境气体，有效管理污染源于城市上空的扩散情况。激光发 射和回波信号以及采集、控制等都属于激光雷达系统。激光束和大气物质相互的 作用，便能产生一定的回波信息，其中大气探测激光雷达实施大气探测是较为重 要的一点[1]。激光雷达在探测大气环境时，主要探测的是云、雾、能见度、大气 气溶胶等方面，当探测器夹杂着被测物质相关的信息，便可对其实施分析，获得 相应的大气物理要素。 当前，我国激光雷达获得了非常大的进步，在我国研究院大气物理研制出新 型的激光雷达，与此同时，携带着能见度较高的YAG雷达。在研究院中，研究出 的激光雷达具有非常强的优势。中科院研究中的激光雷达技术获得了较为明显的 成绩。前后研制出我国第一台测污激光雷达，分别为监测乙烯JC-1激光雷达、平 流层气溶胶探测L625激光雷达等。 2.激光雷达在气象中的应用 为了达到气象的需求，取得相应的区域性大气参数三维空间分布，在国际激 光雷达中，逐渐建立了许多区域性面积空间，来覆盖地基激光雷达观测网。其中 主要有全球大气成分探测网、独联体激光雷达观测网等[2]。近阶段，在世界范围内，正计划建立全球大气气溶胶激光雷达观测网。主要目的便是评估全球气候变化、空气质量评估等，可以合理应对突发事件。 激光雷达根据运载平台，可以将其分为地基固定式、车载式以及机载式等方式。像地基固定式、车载式、记载式等区域，在观测区域中，都拥有相应的区域 约束，非常不容易实施全球区域内的连续观测。然而，研究气候过程中，只实施 局部大气探测是不可以，但是，采用星载式激光雷达便能从根源解决此难题[3]。 在当前，许多地方都在研究星载激光雷达，例如：美国、日本等发达国家，都提 出了使用星载LDAR发展计划，其中美国是最初的使用者，它可以对全球云、气 溶胶垂直结构等方面实施全面的观测。基于技术原因，发射时间会有所推迟。 3.大气环境监测中激光雷达技术的运用 在以往，激光雷达属于新兴遥感探测技术，在空间分辨率、测量精度等方面 都拥有很大的优点，并慢慢应用到了大气科学、环境、气候等领域。依照探测物 质不一，可以对其进行分类，从而介绍如何使用激光雷达技术。当前的激光雷达 技术在技术方面难度非常大，实际应用中仍然会存在以下缺点，例如：受到大气 光的影响，会降低光的传输效应，导致遇到以下雨、雪、等天气都没有办法进行
光电传感技术与应用 课程作业 学院 专业 姓名 学号
课程论文题目激光雷达技术 评审意见 演示文稿张数14 评审意见
激光雷达 林无穷 江南大学理学院光电信息科学与工程系江苏无锡 214122 摘要：本文介绍了激光雷达技术的原理、发展与历程，还有它在当今时代的多方面应用。我们把工作在红外和可见光波段的，以激光为工作光束的雷达称为激光雷达，它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成。它在地形检测，导航，测距，追踪以及军事方面有着显著作用。 关键词：激光，雷达，环境检测 引言 激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。 激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。 原理 激光雷达探测大气的基本原理即是上述几种激光与大气相互作用的机制。激光器产生的激光束经光束准直（有的情况下需要扩束）后发射到大气中，激光在大气中传输遇到空气分子、气溶胶等成分便会发生散射、吸收等作用。散射中的小部分能量——后向散射光落入接收望远镜视场被接收。被接收到的后向散射光传输到光电探测器（通常为PMT）被转换成电信号（一般为电流信号），实现光-
除了通道排查树障以外，雷达在通道中还有哪些创新点，对运维有哪些帮助？ 应用机载激光雷达技术进行输电线路巡检的优势如下： 1、能够快速获取线路走廊高精度的三维空间信息及高分辨率的真彩色影像信息，可实现线路交叉跨越高度、树高房高、线路与周边地物空间距离的高精度实时测量等； 8、结合电塔三维模型、线路走廊三维地形地物数据以及收集的线路属性参数，还可以辅助实现线路资产管理，与智能电网方案结合，效果更好。 9、可根据巡检不同的技术要求，集成可见光相机／多光谱相机／红外相机。 后台数据处理后，软件有哪些模块可以实际运用？
数据处理巡检分析一体化软件集航迹解算、点云分类处理、影像处理及线路巡检分析为一体，可操作性强，简单易学。该软件功能模块主要包括线路当前工况缺陷分析检测、净空排查、线路交叉跨越分析、塔杆定位、塔杆倾斜测量分析、杆塔位移监测、弧垂分析、线路不同工况模拟及检测，软件内置国网线路安全运行规程等，支持自定义配置规程参数并自动分析报告输出，可根据实际需求灵活使用。 巡检效率 1、由上两图可见，对于10km的线路长度，30分钟即可采集完所有数据；50分钟 内即可生成巡检报告，获取通道内的净空数据，外业人员可及时联系相关人 员，在短时间内，排除净空障碍隐患。这种效率是传统人工巡检无法做到的，
以下是具体比较： 无人机载激光雷达电力巡线社会经济效益一览表
2、巡线数据真实可靠性：由于传统的人工巡线很难确保巡线人员能够百分之百到 达位置，即使是使用GPS“打考勤”，也不能确保巡线人员对每个检测点都 进行认真可靠的检测。因此，对于数据收集的可靠性上，使用无人机搭载激 光雷达，是更具备真实客观性。 1、数据预处理功能：包括全息数据导入、航迹姿态数据处理、激光点云数据解算、激光点云/高清影像/红外图像等精确匹配等； 数据预处理功能主要应用到的坐标转换如下。 （1）扫描仪局部坐标到IMU坐标转换；
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/e09124825.html, 机载气象雷达天线控制系统 作者：方智觅 来源：《科技视界》2015年第34期 【摘要】机载气象雷达天线控制系统是机载气象雷达的重要组成部分，用来控制天线的 运动，是飞机进行气象目标和地形探测的前提。机载气象雷达天线控制系统是自动控制技术在雷达中具体应用的产物，它涉及多方面的技术知识。 【关键词】天线控制；步进电机；光电脉冲发生器 随着航空技术的不断发展，人们对飞机的要求也越来越高，这促进了雷达技术的不断发展。机载气象雷达是雷达的一种，民用机载气象雷达的应用与发展则为飞行的安全性提供了可靠的保障。目前，具有风切变预警功能的机载气象雷达在民航飞机上的重要作用不可低估，已成为民航飞机必不可或缺的重要电子设备。机载气象雷达除了可以探测航路上的危险气象区域外，还可以用于观察地形并实现其他一些功能。现代机载气象雷达可实现的功能有以下几个方面： （1）探测航路前方扇形区域中的降雨区、冰雹区等气象区域； （2）探测夹带着雨粒的湍流区域； （3）观察飞机前下方的地形； （4）发现航路上的山峰等障碍物； （5）显示由其他系统输入的文字或图形信息； （6）用作雷达导航信标。 气象雷达天线是一种方向性很强的X波段微波天线。气象雷达发射机与接收机通过收发 转换开关通过天线实现雷达信号的辐射与回波信号的接收。在发射脉冲持续期内，气象雷达天线将发射机所产生的射频脉冲信号会聚成能量高度集中的雷达波束辐射到空中，在脉冲间隙期内（接收期内），目标所形成的反射回波由天线接收，输送给雷达接收机。 为了探测飞机前方广阔的扇形区域中的气象目标或观测飞机前方广阔的扇形区域中的气象目标或观测飞机前下方的地形，天线在辐射和接收雷达信号的同时，进行着往返的方位扫掠运动。与此同时，天线还必须根据飞机俯仰姿态和倾斜姿态的实时变化，自动地进行相对于飞机机身平面的俯仰修正运动，以保持天线扫掠平面的稳定。此外，还可在一定范围内对天线进行俯仰调节。为了实现雷达系统对天线运动及姿态的控制，天线组中除了用以辐射雷达信号的天
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 引言 (1) 1雷达与激光雷达系统 (2) 2激光雷达测距方程研究 (3) 2.1测距方程公式 (3) 2.2发射器特性 (4) 2.3大气传输 (5) 2.4激光目标截面 (5) 2.5接收器特性 (6) 2.6噪声中信号探测 (6) 3伪随机m序列在激光测距雷达中的应用 (7) 3.1测距原理 (7) 3.2 m序列相关积累增益 (8) 3.3 m序列测距精度 (8) 4脉冲激光测距机测距误差的理论分析 (9) 4.1脉冲激光测距机原理 (9) 4.2 测距误差简要分析 (10) 5激光雷达在移动机器人等其它方面中的应用 (10) 6结束语 (11) 致谢 (12) 参考文献 (12) -
激光雷达测距原理与其应用 摘要:本文简单介绍激光雷达系统组成，激光雷达系统与普通雷达系统性能的对比，着重阐述激光雷达测距方程的研究。针对激光远程测距中的微弱信号检测，介绍一种基于m序列的激光测距方法，给出了基于高速数字信号处理器的激光测距雷达数字信号处理系统的实现方案，并理论分析了脉冲激光测距机的测距误差。了解并学习激光雷达在移动机器人等其它方面中的应用。 关键词：激光雷达；发射器和接收器特性; 伪随机序列; 脉冲激光；测距误差 Applications and Principles of laser radar ranging Student majoring in Optical Information Science and Technology Ren xiaonan Tutor Shang lianju Abstract:This paper briefly describes the composition of laser radar systems, laser radar system and radar system performance comparison of normal, focusing on the laser radar range equation. Laser Ranging for remote signal detection, presents a introduction of a sequence based on laser ranging method m, gives the high-speed digital signal processor-based laser ranging radar digital signal processing system implementations, and theoretical analysis of the pulse Laser rangefinder range error.We understand and learn application of Laser radar in the mobile robot and other aspects. Key words：Laser radar; Transmitter and receiver characteristics；Pseudo-random sequence；Pulsed laser；Ranging error. 引言：激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物，激光具有亮度 高、单色性好、射束窄等优点,成为光雷达的理想光源,因而它是目前激光应用主要的研究领域之一。激光雷达是一项正在迅速发展的高新技术，激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，使激光雷达成为一类具有多种功能的系统。利用激光作为遥感设备可追溯到30多年以前，从20世纪60年代到70年代，人们进行了多项试验，结果都显示了利用激光进行遥感的巨大潜力，其中包括激光测月和卫星激光测距。激光雷达测量技术是一门新兴技术，在地球科学和行星科学领域有着广泛的应用.LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)是激光探测及测距系统的简称，通常指机载对地激光测距技术，对地激光测距的主要目标是获取地质、地形、地貌以及土地利用状况等地表信息。相对于其他遥感技术，LIDAR的相关研究是一个非常新的领域，不论是在提高LIDAR数据精度及质量方面还是在丰富LIDAR数据应用技术方面的研究都相当活跃。随着LIDAR传感器的不断进步，地表采点密度的逐步提高，单束激光可收回波数目的增多，LIDAR数据将提供更为丰富的地表和地物信息。激光测距可分为星载(卫星搭载)、机载(飞机搭载)、车载(汽车搭载)以及定位(定点测量)四大类，目前激光测距仪已投入使用,激光雷达正处在试验阶段,某些激光雷达已付诸实
浅谈B737NG气象雷达使用 一、一般介绍 我们公司执管的B737NG机型装有一套机载气象雷达，其基本组件为收发组、显示器、天线、控制面板。包括一部天线，一部收发机，一个或两个雷达控制盒（正副驾驶可以分别控制）。 收发机主要用于发射无线电脉冲，处理无线电回波，探测风切变并向机组发送警告和警戒信息，提供气象雷达数据显示，记录和显示故障状态及检测结果，在显示组件上生成图形。因为信号在传输过程中有衰减，所以在内部有补偿电路，保证远距离的气象目标和近距离目标在显示器上有同样的强度显示（如果目标条件相同）。 气象雷达系统可以提供气象条件、颠簸区域、风切变、地形图显示、地面杂波抑制、TFR（转换）等显示方式。雷达还具有穿透补偿功能，可以穿过降雨，更精确的看到降雨后面的风暴。此外，它也可以提供预测风切变的音响警告。 气象雷达数据显示在导航显示屏上，只有在扩展进近、扩展VOR、中央MAP、扩展MAP模式显示气象雷达数据或地形数据和风切变警告。如果EFIS控制面板上的TERR（地形）被选定或有来自EGPWS（增强型近地警告系统）的地形注意/地形越障警告时，EGPWS地形数据显示在导航显示屏上；如果TERR未被选定，且没有EGPWS警告，则只有气象雷达数据显示在导航显示屏上。当多种警告存在时，近地警告系统将自动确定警告呼叫的优先级，使
高一级警告出现在导航显示屏上，警告声音优先顺序如下：风切变（GPWS）、预测风切变（PWS）、GPWS 警告、TCAS 警告。 B737NG机型气象雷达使用的天线是平板式天线，其可生成高3.6度，宽3.4度的波束。天线稳定范围正负40度，扫描范围正负90度，天线稳定性是由收发机从大气数据惯性基准组件获得俯仰和横滚数据来控制的。 气象雷达系统控制面板包括左右EFIS控制面板、气象雷达控制面板。控制面板向收发机提供发射模式、仰角控制、增益控制、开/关气象雷达等功能。自动模式的控制面板，左右可以分别控制显示，这并不是说就存在两部天线和收发机，而是采用了分时扫描显示的办法。模式选择器有以下位置：TEST---开始收发机自检并在导航显示屏上显示检测结果；WX---收发机在导航显示屏上显示气象数据；WX/TRUB（WX-T）---收发机在导航显示屏上显示气象和颠簸数据；MAP---收发机在导航显示屏上显示地形特征；GC---地面杂波抑制，按下后无抑制功能，松开后自动恢复；TFR---转换显示，例如按下左边的TFR 把右边的模式，俯仰，增益转到左边ND 显示；仰角控制调节天线仰角在正负15度。增益控制调节收发机回波增益，在自动位，增益由收发机设定到校准水平。 气象雷达系统选择正常工作方式时只能有一个警戒信息显示在导航显示屏上，同时有多个警戒信息时，只有最高优先级的信息被显示。可能显示的提醒信息和显示有：WEAK：校准故
激光自20世纪被人类发明以来，它的优势在各方面都得到了认可，也成为了继核能、半导体和电子计算机之后，人类又一重大科技成果。激光雷达是激光技术与传统雷达相结合的产物，它集合了激光技术与雷达技术一系列特点，将光、机、电融合一体，形成具有独特性能的崭新雷达体制，是一种将激光束作为新的探测信号主动式的现代光学遥感技术。激光技术产生和发展，为雷达提供了一种更为理想的辐射源，使激光雷达得以迅速发展。 本文从激光雷达结构出发，介绍激光雷达工作原理与特点，然后阐述激光雷达在军事、大气水域监测、建模与测绘以及航天工程中的应用，尤其是近年来最热门的无人驾驶汽车上的应用。 1 激光雷达工作原理 1.1 激光雷达概念 激光雷达是传统雷达与激光技术相结合的产物，是以激光束作为信息载体，可以用相位、频率、偏振和振幅来搭载信息的主动式雷达。激光雷达发射激光束频率较传统雷达高几个数量级，故频率量变使得激光雷达技术产生了质的变革；又由于激光具有高亮度性、高方向性、高单色性和高相干性特点，所以激光雷达能够精确测距、测速和跟踪，还具有很高角分辨率、速度分辨率和距离分辨率，对更小尺度的目标物也能产生回波信号，在探测细小颗粒有着特有优势。 1.2 激光雷达工作原理 激光雷达一般由激光发射机、激光接收机、光束整形和激光扩束装置、光电探测器、回波检测处理电路、计算机控制和信息处理装置和激光器组成；激光雷达结构和工作原理如图1所示。激光雷达是以激光器作为辐射源，通过激励源激励，发出空间呈高斯分布的激光束，为了能得到质量更好的激光束，经由光束整形和激光扩束装置，使激光束空间分布均匀，加大了激光作用距离；整形和扩束好的激光束作为激光雷达探测信号，以大气为传播媒介，辐射到目标物表面上；激光接收机接收目标物反射和散射信号，光信号经由光电探测器转变为电信号，回波检测处理电路从传来的电信号中分出回波信号和杂波干扰脉冲，并放大回波信号，将回波信号送往计算机进行数据采集与处理，提取有用信息。 （南宁师范大学 物理与电子学院，南宁 530299） 摘 要：激光雷达以其特点和技术优势，在军事和民用上得到广泛应用。基于此，主要介绍了激光雷达工作 原理、特点以及激光雷达在军事、大气水域监测、建模与测绘、航天工程中的应用，阐述说明近年来最热门的无 人驾驶汽车中激光雷达应用方法，并对激光雷达未来进行展望。 关键词：激光雷达 工作原理 特点应用 图1 激光雷达结构及工作原理图 雷达探测、跟踪以及识别未知情况下目标物体作准备。 2 激光雷达特点 激光雷达的一些特点远远超过其他雷达，这些技术优 势显著，如采集数据密度大、精度高、分辨率高以及探测 距离远，使其在很多工作领域内得到普遍应用。激光雷达 与普通雷达各方面能力对比，如表1所示。
南京信息工程大学气象仪器实验(实习)报告 系专业班级姓名学号 一、风的测量 1、测风的仪器有：测量风的仪器主要有EL型电接风向风速仪、 EN型系列测风数据处理仪、海岛自动测风站、轻便风向风速表、单翼风向传感器和风杯风速传感器等 （1）测风仪：测风设备由气象传感器、数据记录仪、电源系统、轻型百叶箱、野外防护箱和不锈钢支架等部分构成。 风速风向等传感器为气象专用传感器，具有高精 度高可靠性的特点。数据记录仪具有风能数据采 集、实时时钟、风能数据定时存储、参数设定、 友好的人机界面和标准通信功能。广泛应用于风 电、气象、环保、机场、农林、水文、军事、仓 储、科学研究等领域。 应用范围：可用于风能、气象，工业，农业，水文水利，环保，高速公路，机场和港口等
风杯：测量风的大小 利用的原理：风能转换为机械 能，天气预报风的大小为多个测 量值的平均值。 风向标：测量风的方向 利用的原理：当风的来向与风 向标成某一交角时，风对风向标 产生压力，这个力可以分解成平图为风杯和风向标 行和垂直于风向标的两个风力。由于风向标头部受风面积比较小，尾翼受风面积比较大，因而感受的风压不相等，垂直于尾翼的风压产生风压力矩，使风向标绕垂直轴旋转，直至风向标头部正好对风的来向时，由于翼板两边受力平衡，风向标就稳定在某一方位。 风向标的箭头永远指向风的来源，其原理其实非常简单：箭尾受风面积比箭头大，若箭头及箭尾均受风，箭尾必会被风推后，使箭头移往风的来源。风向标装置于高杆子上，为使风向纪录更准确，必须于杆底用指南针测定10秒的风向(当时风向须稳定)。 （2）测风塔： 测风塔的组成：包括塔底座、塔柱、横杆、斜杆、风速仪支架、避雷针、拉线等。 测风塔的主要功能：环境监测，风、气压、湿度等资源数据采集。
激光雷达在ALV中的应用 关键词：激光雷达智能车辆移动机器人定位障碍检测laser range finder Extended Kalman Filter(EKF). 结构：1：概述 2：激光雷达的分类 3：激光雷达测量时间的技术 4：激光雷达在ALV中的用途 5：举例LMS291-s05型号的激光雷达的特点和参数 6：激光雷达用于智能车定位 6.1 定位原理 6.2定位常用方法 7：激光雷达用于ALV的障碍检测 7.1ALV的安全性要求 7.2 激光雷达检测故障时要到的“漏报”和“虚警”现象 7.3 雷达安装位置的考虑 8：总结 资料来源：Google 百度知网、南理工图书馆学位论文、期刊、会议《未知环境中移动机器人导航控制理论与方法》蔡自兴 1：概述 无论是室外环境下行驶的陆地自主车还是室内环境下运动的各种移动机器人（Autonomous Land Vehicle)，都离不开距离探测。而在有源测距仪中，激光测距雷达的精度相对较高，方向性较好，而且基本不受环境可见光变化的影响，因此无论在室内还是室外环境下的移动机器人的导航研究中都得到了广泛应用。激光测距雷达可以直接获取距离数据，为机器人的导航提供了便捷有效的环境描述。 2：激光雷达的分类 根据扫描机构的不同，激光测距雷达有2D和3D两种。它们大部分都是靠一个旋转的反射镜将激光发射出去并通过测量发射光和从物体表面反射光之间的时间差来测距。3D激光测距雷达的反射镜还附加一定范围内俯仰以达到面扫描的效果。它们都是直接测距方法。同3D激光测距雷达相比，2D激光测距雷达只在一 个平面上扫描，结构简单，测距速度快、系统稳定可靠。目前2D激光测距雷达
1、测定目标的角坐标, 其中包括目标的方位角和仰角。雷达测角的物理基础是电波在均匀介质中传播的直线性和雷达天线的方向性。方向图的主要技术指标是半功率波束宽度θ0.5以及副瓣电平。在角度测量时θ0.5的值表征了角度分辨能力并直接影响测角精度, 副瓣电平则主要影响雷达的抗干扰性能。 2、振幅法测角可分为最大信号法和等信号法两大类。最大信号法测角的优点：1、简单；2、用天线方向图的最大值方向测角，此时回波最强，故信噪比最大，有利于检测发现目标。缺点：1、直接测量时测角精度不很高，约为波速半功率宽度的20%左右；2、不能判别目标偏离波速轴线的方向，故不能自动测角。 3、雷达发射机两种基本形式：单级振荡式发射机：只由一级大功率振荡器产生发射信号，主振放大式发射机：先由高稳固体微波源产生，再经级联的放大电路，形成满足功率要求的发射信号。 单级振荡式发射机的性能特点：简单、经济、轻便；质量技术指标低；产生简单发射波形；主振放大式发射机的性能特点：复杂、昂贵、笨重；质量技术指标高；产生各种复杂发射波形；二者共性：都需要脉冲调制器为其提供大功率的脉冲波。 4、超外差式雷达接收机的主要质量指标：①灵敏度：表示接收机接收微弱信号的能力。灵敏度用接收机最小可检测信号功率(Simin)来表示。制约接收机灵敏度的主要因素是接收机噪声。要提高灵敏度,必须减少噪声电平，同时还应使接收机有足够的增益。②接收机的工作频带宽度：表示接收机的瞬时工作频率范围，频带宽度越宽，选择性越差③动态范围：表示接收机能够正常工作所容许的输入信号强度变化的范围，使接收机开始出现过载时的输入功率Simax 与最小可检测信号功率Simin 之。过载：当输入信号太强时，接收机将发生饱和而失去放大作用。④中频的选择与滤波特性。中频的滤波特性是减少接收机噪声的关键。 ⑤工作稳定性（指环境条件和电源电压发生变化时，接收机的性能受影响的程度。希望影响越小越好）和频率稳定度⑥抗干扰能力：抗有源和无源干扰的能力。⑦微电子化和模块化结构：模块化结构的程度，微电子化程度，减少体积、重量、耗电、成本、技术实现难度。⑧放大量：放大量表示接收机放大信号的能力，接收机必须有足够的放大量，才能使十分微弱的回波信号具有足够的幅度来处理与显示。⑨、保真度：用来表示接收机输出信号波形与输入波形（高频包络）的相似程度。⑩噪声、噪声系数与灵敏度 5、如何提高接收机灵敏度：①降低总噪声系数F0，通常采用高增益、低噪声高放；②接收机中频放大器采用匹配滤波器，以便得到白噪声背景下输出最大信号噪声比；③识别系数M 与所要求的检测质量、天线波瓣宽度、扫描速度、雷达脉冲重复频率及检测方法等因素均有关系。在保证整机性能的前提下，尽量减小M的数值。 6、为提高雷达系统的灵敏度，须尽量减小分辨信号功率S min这就需要：（1）尽可能减小接收机的噪声系数或有效噪声温度（2）尽可能减小天线噪声温度（3）接收机选用最佳带宽 B opt（4）在满足系统性能要求下，尽量减小识别因子M，经常通过脉冲积累的方式减小M 7、混频器作用：将高频信号与本振电压进行混频并取出其差频，使信号在中频上进行放大。 8、雷达系统为了获得大的信噪比一是要尽量减少接收机内部的噪声，二是要增大发射功率。当一个线性的传递函数为信号函数的共轭时，其信噪比将达到最大，这个线性系统叫匹配滤波器。 9、正交鉴相是同时提取信号幅度和相位信息的有效方法。模拟（数字）正交鉴相又称零中频处理。所谓零中频是指因相干振荡器的频率与中频信号的中心频率相等（不考虑多普勒转移），使其差频为零。零中频处理既保持了处理时的全部信息，同时又在视频实现，因而得到了广泛应用。 10、数字正交鉴相三种方法：数字混频低通滤波法、数字插值法、Hilbert变换法 11、应用广泛的频率源：直接合成频率源、间接合成频率源、直接数字合成频率源 12、天线作用：测角、波束扫描和目标跟踪、测高。 13、雷达天线的基本参量：（1）辐射方向图（包括波束宽度、副瓣电平）（2）增益（有效孔
激光雷达技术及其应用综述 一、激光雷达的概念 激光雷达（LIDAR-Light Detected And Ranging）是一套复杂的光机系统，它结合了光源、光电探测等技术，有时还包括计算机图象处理技术，能够同时获得方位、俯仰角度、距离、强度等信息，特别适合用于森林结构的估计、城市建设、工业、农业、航空航天等领域[1]。一个典型的激光雷达结构示意图，如图1所示。激光雷达是一种主动式遥感探测设备，从工作原理来说，它只是把传统微波雷达的光源变成了激光：向被测目标发射激光信号,然后接收反射回来的信号、并与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息。 激光雷达不同于机器视觉技术，使用的是更为精确的激光光源和光电传感器，而机器视觉多是使用普通相机摄像头探测和CCD或CMOS作为图像传感器。激光雷达可以实现较大测量范围内的3D立体探测，但易受环境天气因素影响；使用微波（毫米波）雷达的机器视觉探测技术，立体测量范围有限、精度不高，但抗干扰性强、测量距离远。 图 1 典型激光雷达系统结构 二、激光雷达的关键技术 2. 1 光源技术 激光雷达系统中使用的光源，目前主要是CO2激光器，半导体激光器(LD)和以Nd：YAG 为主的固体激光器。 较远测程(数百米以上)的二极管激光成像雷达对其辐射源的要求, 一是具有足够高的输出功率, 二是具有足够窄的发射波束。目前商品化的二极管激光器虽可分别达到10W 的平均功率和衍射极限的波束质量, 但同一器件却难以同时满足这两项要求。一种可能的途径是采用面发射分布反馈(SEDFB)的二极管激光器阵列和微光学(MOC)准直技术。一个40 阵列, 采用微透镜组1.3cm ×10cm 孔径, 得到0.5 ～0.75mrad 发散度的10W 连续输出功率。当然, 为了实现这样的准直效果, 必须对微光学系统进行精心设计加工, 使其达到1μm 的绝对准直精度, 采用激光辅助化学腐蚀工艺制造微光学系统, 可以满足这一要求。在具体设计时, 必须对孔径尺寸, 波束发散度和输出功率进行合理的折衷[2]。 2. 2 传感器的选择 如果说激光源是激光雷达的“发射机”，那么光电探测器就是“接收机”。类似雷达系统的接收机，光电探测器可选择如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管(APD)、红外和可见光多元探测器件等[3]。 从激光源发射的脉冲只有小部分光子到达了光电探测器的有源探测区域[4]。若大气衰减不会随着脉冲路径发生变化，则激光的光束发散角可忽略不计，照明点小于目标，入射角度