主动成像激光雷达

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扫描成像跟踪激光雷达

扫描成像跟踪激光雷达屈恒阔;张清源;阮友田【摘要】设计了一种基于激光图像跟踪的激光雷达系统来实现目标的跟踪测量。

该系统通过激光光束二维扫描,形成包含距离和角度信息的三维图像,由测量视场内运动目标的几何中心与视场中心的角度偏差获得脱靶量,利用脱靶量驱动伺服机构使目标几何中心处于雷达扫描视场中心,从而实现目标的实时跟踪,并输出目标距离和角度信息。

实测结果表明：采用设计的激光雷达系统对距离900 m的目标进行测量,测距精度优于0.25 m,角跟踪精度优于0.07°,角跟踪能力优于1.2（°）/s,实现了快速捕获目标、高精度跟踪测量和系统小型化等既定目标。

%In order to realize tracking and measurement for targets,a laser radar system based on image tracking is designed.The system produces a three dimension image with distance and angle information by a two dimension mechanically scanning of laser beam.It uses the miss distance,difference of azimuth and the pitch between the center of moving target and the field of view of scanning to drive the servo mechanism to keep the target in the center of sight to track the target in real time.At the same time,the valuable information of distance and angle is exported.Through a series of experiments on the system,it shows that for the target at the distance of 900 m,the accuracies of distance measuring and angle tracking are better than 0.25 m and 0.07°,respectively,and the ability of tracking is better than 1.2（°）/s.The system achieves the system miniaturization,fast acquisition targets,high accuracy measurement and tracking.【期刊名称】《中国光学》【年(卷),期】2012(005)003【总页数】6页(P242-247)【关键词】激光雷达;扫描成像;自主跟踪;图像处理【作者】屈恒阔;张清源;阮友田【作者单位】中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南郑州450047;中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南郑州450047;中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南郑州450047【正文语种】中文【中图分类】TN958.981 引言激光雷达从功能上可分为激光测角和跟踪激光雷达、扫描成像跟踪激光雷达。

激光雷达综述

激光雷达技术与其应用综述一、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CO 2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。

激光雷达成像原理

激光雷达成像原理
激光雷达成像技术是一种以激光束作为被测物体的能量源来检
测物体的一种测量技术，它主要利用激光束照射被测物体，检测反射回来的激光束，以及返回激光束的外观、振动、位置等信息来分析物体的状态，从而获得物体的信息。

激光雷达成像技术是一种无接触式的检测方式，它不需要用户触碰物体也能够准确测量物体及其特征，这是与传统测量方式最大的区别。

此外，激光雷达还具有成本低、快速、精确度高等特点。

激光雷达成像的基本原理是：发出的激光束照射到被测物体的表面，表面反射的激光束会被接收器检测到，并且无论是位置、振动信息，还是外观信息等，也都会被检测到，从而得到物体的详细信息。

接收器接收到的激光信号可以用来判断被测对象的位置、大小、形状等特征，还可以用来识别物体是否有变形等。

激光雷达成像技术可以用在许多不同的领域，比如工业生产线的质量检测、机器人抓取、安防监控系统、自动驾驶系统、运动控制系统等。

例如在机器人抓取时，激光雷达成像技术可以有效提高机器人的抓取精度，从而使其能更快速、准确地完成抓取任务；在安防监控中，激光雷达的指纹识别技术可以用来有效地检测并识别出被检测物体的指纹和表面特征，从而实现更准确的安防监控；在自动驾驶系统中，激光雷达成像技术可以用来准确测量周围环境和物体的距离，以实现对自动驾驶车辆的识别和定位。

总之，激光雷达成像技术是一种具有革命性意义的技术，它已经
被广泛应用于许多不同的领域，从简单的安全检测到更复杂的运动控制系统，激光雷达的应用场景非常广泛，具有极大的发展潜力。

激光主动探测系统成像性能评价方法综述

性能将是未来的研究趋势。
关键词：光主动成像；能评价；光主动探测系统激性激
加拿大国防研究和评估委员会的Ｇ．．ｏｒｉｒ人利用ＲＦｕｎｅ等
对ＬＣＥＬｓｒＵｄｒｔｒａｒｍａｅＥｈｎｅ）系ＵＩ（ａｅｎｅｗａｅｍｅａＩｇｎａｃｒＣ
ＵＬＷＩＳ系统前一次的参数修正能否提高对目标的成像质量，灰度图像和距离像，该成像仿真系统已经成为系统成像性能以及对ＵＬＷＩＳ与其他成像系统在不同作用距离、同浑浊分析研究和系统的参数优化的重要工具。不度的水质等情形下工作时的系统成像性能进行了比较，出指美国军方研究实验室（ｍｙＲｓａｃａｏａｏｙ开发ＡｒｅｅｒｈＬｂｒｔｒ）
１１国外研究情况．
国外对激光主动成像探测技术的研究较为成熟，方发西
达国家已经有相应的产品用于搜寻和救援等军事用途，系在
统成像性能及其评价方面的研究开展的也较早，要以评价图１距离为２ｍ、ｋ主ｋ８ｍ时单帧和多帧叠加后图像可读性测试结果
瑞典国防研究中心的Ｏｖｔｉｖｌ人为解决调制传ｅＳｅｎａｌ等
利用激光的高亮度、高准直性、单色性好等特点对目标进行主递函数和对比度在成像性能评价中的局限性，出了利用图提动照明，服了这些缺点，远距离、目标探测等领域有着像可读性来测试目标图像质量以达到对系统成像性能进行评克在喑２１００年第２５来自（第１０期）总６

激光主动照明成像技术_分析和实验证明_王智

后向散射和目标反射的总功率 , 反映了后向散射的
影响。如果需要研究后向散射对目标识别的影响 , 还
必须考虑望远镜焦平面的成像设备 , 本实验的接收
装置为 CCD 摄像机 , 还必须知道散射体和目标在探
测器对应像元上的辐射功率 , 从而可以对后向散射
引起的辐射背景对目标照明的影响加以分析。设
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我们通过对 ηi 的分析 , 可以看出大气的后向散射对目标照明的影响程度。当 ηi >1 时 , 后向散射干扰已经淹没了目标 , 即噪声大于有用的信号 , 通常取 η0i =1 为临界影响系数。
1.2 成像系统组成
激光主动照明成像系统由以下几个部分组成 : 激光发射装置 ;激光接收望远镜 ;数据采集、处理和输出显示系统。图 2 所示是激光主动照明成像系统的示意图。目前在国防科技中应用较广泛的激光波段有两个 :钇铝石榴石(Y AG)激光的 1.06 μm 和二氧化碳(CO2)激光的 10.6 μm , 前者主要用于激光测距
传输的目的。随着激光成像技术的研究 , 成像距离越来越远 , 使用领域越来越宽。不仅在军事上用于侦察 , 还用于海岸巡逻 , 海上搜索和救援 , 安全部门用于对可疑分子监视。
1 激光主动照明成像系统分析
对于短距离范围的主动成像系统设计是相当简单的 , 激光器工作于光斑模式 , 光照明于整个探测器焦平面阵列的可视实时域。接收器产生可连接电视系统的图像序列。这种系统有以下好处 :(1)简单 ;(2)在场景中 , 能允许实时地观察运动物体和运输工具。对于更长的距离 , 由于受大气的干扰 , 连续的散粒噪声影响 , 雾气的后向反射等限制因素 , 工作在这种模式下是不可能的。往往需要多次曝光和处理来产生整个景像的单帧图像。在这种情况下 , 获取整个景像的完整图像所需要的时间和图像保真度之间应该有一个平衡。

成像激光雷达技术概述

成像激光雷达技术概述想象一下，一辆无人驾驶汽车在繁忙的都市中自由穿梭，智能地避让行人、车辆，准确地判断路况，安全地到达目的地。

这一切都离不开一种神秘的技术——成像激光雷达技术。

成像激光雷达技术是一种通过发射激光并接收反射信号，快速获取目标物体详细信息的技术。

它具有高精度、高速度、高分辨率等优点，成为无人驾驶、智能交通等领域的关键技术之一。

成像激光雷达技术的原理可以归结为“激光雷达扫描”。

首先，激光发射器会发射出一定波长的激光束，光束经过光学系统后，会形成一定的光路。

随后，激光束打到目标物体上，并反射回来。

反射信号被接收器捕获后，通过高速数据处理器进行处理，最终形成具有高清晰度的三维图像。

成像激光雷达技术具有以下特点：1、精度高：激光雷达的测量精度远高于传统的传感器，能够清晰地识别出目标物体的形状、大小和距离等信息。

2、速度快：激光雷达的扫描速度非常快，能够在短时间内获取大量数据，从而实时更新目标物体的位置和姿态。

3、成本适中：相较于其他高级传感器，成像激光雷达技术的成本较为适中，适合大规模应用和推广。

4、抗干扰性强：激光雷达的信号为定向光束，不易受到环境光的干扰，保证了测量的稳定性和准确性。

成像激光雷达技术在各类应用场景中都有着广泛的实际应用。

在智能交通领域，成像激光雷达技术能够实时监测道路状况、车辆流量等信息，为智能交通管理系统提供重要依据。

在无人驾驶领域，成像激光雷达技术可以帮助车辆进行精确的障碍物识别、路径规划以及自主导航，提高无人驾驶的安全性和可靠性。

此外，成像激光雷达技术在无人机、机器人等领域也有着广泛的应用，能够实现自主导航、环境感知等功能。

未来，成像激光雷达技术将继续发挥其重要作用。

随着技术的不断进步，激光雷达的扫描速度、分辨率和可靠性等方面将得到进一步提升。

随着5G、物联网等技术的快速发展，成像激光雷达技术将在更广泛的领域得到应用，例如智慧城市、安全监控等。

此外，随着和机器学习等技术的不断发展，成像激光雷达技术将能够实现更高级别的自动化和智能化。

激光雷达技术的原理和应用

激光雷达技术的原理和应用激光雷达技术是一种利用激光技术，通过向目标物体发射激光束，利用其反射信号确定目标物体位置、形状和运动状态等信息的一种测距技术。

相比于传统雷达技术，激光雷达技术具有分辨率更高、测量精度更高、目标检测能力更强等优点，因此被广泛应用于地图制作、自动驾驶、机器人导航、室内定位等领域。

激光雷达技术的原理是利用激光束发射器向目标物体发射激光束，当激光束遇到目标物体时，部分激光能量会被反射回来，并被接收器接收。

通过测量激光束发射和接收的时间差，就可以计算出目标物体与激光雷达之间的距离。

激光雷达技术的应用非常广泛。

在地图制作领域，激光雷达技术被用于制作高精度的3D地图。

激光雷达可以在短时间内扫描整个城市，并将扫描结果转化为3D地图。

这种3D地图可以用于导航、城市规划、建筑设计等领域，大大提高了地图的精度和可用性。

在自动驾驶领域，激光雷达技术被广泛应用于车辆的环境感知。

激光雷达可以扫描车辆周围的环境，包括道路、行人、其他车辆等，以实现自动驾驶系统的环境感知功能。

利用激光雷达技术，自动驾驶系统可以快速准确地识别并响应周围的环境，从而大大降低道路交通事故的发生率。

在机器人导航领域，激光雷达技术也被广泛应用。

机器人可以利用激光雷达扫描周围的环境，以实现精准的位置感知和运动控制。

机器人可以将激光雷达扫描结果转化为3D地图，并根据地图进行路径规划和避障。

使用这种技术，机器人可以在复杂的环境中自动导航，完成一系列的任务。

在室内定位领域，激光雷达技术也被广泛应用。

激光雷达可以扫描室内环境，生成精准的室内地图，并通过对地图的分析，实现室内定位和导航。

该技术被广泛应用于室内导航、物流配送、室内巡检等领域。

虽然激光雷达技术具有很多优点，但它也存在一些局限性。

由于激光雷达需要发射激光束，因此它不能用于突破障碍物进行探测。

此外，激光雷达技术还面临着成本高、信号受干扰等挑战。

总之，激光雷达技术是一项非常有前途的技术，在各个领域都有广泛的应用。

激光雷达未来的趋势

激光雷达未来的趋势激光雷达是一种利用激光脉冲对目标进行测距和成像的雷达技术。

相比传统的雷达技术，激光雷达具有高分辨率、高精度、高速率等优势，因此被广泛应用于机器人导航、自动驾驶、智能交通等领域。

未来的激光雷达将继续发展演进，具有以下几个趋势：一、小型化和紧凑型设计：未来的激光雷达将更加小型化和紧凑，以适应更多应用场景的需求。

通过采用新型的激光器、探测器和光学元件，激光雷达的体积将被进一步压缩，从而更方便地集成到各种设备中，如机器人、无人车等。

二、高分辨率和高精度：激光雷达的分辨率和精度将进一步提升。

通过采用更高功率的激光器和更灵敏的探测器，激光雷达可以实现更高的分辨率和更低的误差，提高对目标的探测和测量能力。

这将使得激光雷达在目标识别、障碍物避障等方面有更广泛的应用。

三、多波束和全景扫描：未来的激光雷达将采用多波束和全景扫描技术，提高对目标的感知能力。

通过同时发射多个激光束，并采集返回的信号，可以获得目标的多角度信息，从而更准确地还原目标的形状和位置。

这将使得激光雷达在三维重建、环境建模等方面有更广泛的应用。

四、高速率和实时性：未来的激光雷达将具备更高的扫描速度和更快的数据处理能力，实现更高的工作帧率和实时性。

通过采用高速控制和数据传输技术，激光雷达可以更快地完成对目标的扫描和数据采集，并将数据实时传输给处理系统。

这将使得激光雷达在自动驾驶、智能导航等领域有更广泛的应用。

五、代价降低和商业化应用：未来的激光雷达将进一步降低成本，实现商业化应用。

目前激光雷达的价格较高，限制了其在普通消费者市场的应用。

未来随着技术的进步和产业的发展，激光雷达的成本将进一步降低，从而使得其在智能手机、无人机等领域得到更广泛的应用。

六、多模式融合和传感器互补：未来的激光雷达将与其他传感器进行多模式融合和传感器互补。

通过将激光雷达与摄像头、雷达、惯性导航等传感器进行融合，可以获得更全面、更准确的环境感知和定位信息。

这将有助于提高自动驾驶、智能导航等系统的安全性和可靠性。

分析激光雷达的三维成像方法

分析激光雷达的三维成像方法激光雷达是一种能够利用激光束进行高精度测量和三维成像的仪器，已经在许多领域得到了广泛的应用。

在这篇文章中，我们将介绍激光雷达的三维成像方法，并分析其原理和优缺点。

激光雷达的三维成像方法主要可以分为两类：主动式成像和被动式成像。

主动式成像是指激光雷达主动地向目标物体发射激光束，然后测量其返回的激光信号来获取目标物体的三维信息。

被动式成像则是通过接收来自外部光源（如太阳光）的光线，通过分析光线经过目标物体后的散射模式来获得目标物体的三维形状。

主动式成像方法中最常用的是时间差法和相位差法。

时间差法是利用激光束往返的时间与光速的关系来测量目标物体与激光雷达之间的距离。

具体来说，激光雷达发射一束短脉冲的激光，计算激光从发射到返回所经过的时间，再乘以光速即可得到目标物体与激光雷达之间的距离。

相位差法则是利用激光返回时的相位差来计算距离。

这种方法在测量精度方面更高，但要求激光雷达具备高频率的激光发射器。

被动式成像方法中最常用的是结构光法和多视角法。

结构光法利用一个具有特定模式的光源（如激光投影仪）投射光线到目标物体上，通过观察光线经过目标物体后的散射模式来推导目标物体的三维形状。

多视角法则是通过同时从不同位置观察目标物体，从而获得多个角度的图像，然后结合这些图像来重构目标物体的三维形状。

这种方法常用于立体视觉中，可以实现较高的测量精度。

不同的三维成像方法各有优缺点。

主动式成像方法在测量距离方面具有较高的精度，并且可以在任何光照条件下工作。

然而，它需要激光雷达具备高速激光发射和接收的能力，且对目标物体的反射和散射能力有一定要求。

被动式成像方法则无需激光发射器，可以利用周围光源进行测量，且在测量速度和实时性方面较好。

但是它对环境光照条件有一定的要求，并且由于光线的散射和衍射效应，可能导致一定的测量误差。

总体而言，激光雷达的三维成像方法在测量和建模方面具有很高的精度和准确性，已经在许多领域得到了广泛的应用。

红外成像基本原理

红外成像基本原理
红外成像技术是一种利用红外波段频谱的电磁辐射进行成像的
技术，其基本原理是利用物体发射或反射出的红外辐射进行成像。

红外辐射波长范围为0.78-1000微米，其中可见光波长范围为
0.38-0.78微米。

因此，红外辐射波长范围比可见光波长范围更长，其能够在暗处或低亮度条件下进行成像。

红外成像技术可以分为主动和被动两种方式。

主动方式是指利用红外辐射源发送出红外辐射进行成像，例如红外激光雷达。

被动方式则是指在没有红外辐射源的情况下，利用物体本身发出的红外辐射进行成像，例如红外热像仪。

红外成像技术的成像原理是利用红外相机接收物体发出的红外
辐射信号，然后将其转换成热像信号，再通过计算机处理成图像。

热像信号的大小和物体表面温度有关，通常物体表面温度越高，其发出的红外辐射信号就越强，热像信号就越高。

根据这一原理，可以通过红外成像技术得到物体表面的温度分布图，从而实现对物体的检测和识别。

红外成像技术的应用非常广泛，如军事领域中的目标识别、火力控制、防御和情报收集等，工业领域中的热成像检测、无损检测、建筑检测等，医学领域中的疾病诊断、病人监护等。

随着技术的不断发展，红外成像技术将有更广泛的应用前景。

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第37卷，增刊红外与激光工程 2008年9月 V ol.37 Supplement Infrared and Laser Engineering Sep. 2008收稿日期：2008-09-22作者简介：杨鹏（1981-），男，河南南阳人，博士研究生，主要从事光电位移测量光电研究。

Email:rocyangpeng@ 导师简介：艾华（1961-），男，吉林长春人，研究员，博导，主要从事光电位移测量、光电测控研究。

Email:aih ◎主动成像激光雷达杨鹏1,2，王宇志1,2，李琳1,2，艾华1（1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033；2.中国科学院研究生院，北京 100039)摘要：主动成像激光雷达由系统本身提供照明，不必再依赖太阳角，可全天候工作，具有远距离、高分辨率、三维成像能力。

特别是具有目标探测、识别和辨识等方面的超强能力，战场上在预警、信息获取、目标监视和侦查方面有很重要的应用。

介绍了两种不同体制主动成像激光雷达：一种是采用相干成像合成孔径红外激光雷达，另一种是采用孔径平面散斑强度信息成像激光雷达。

阐述了两种不同体制主动成像激光雷达的原理、特点和研究现状，并对其关键技术和应用前景进行了简要的分析。

关键词：激光雷达；合成孔径；散斑成像；相干探测中图分类号：TN958.98 文献标识码：A 文章编号：1007-2276(2008)增(激光探测)-0115-05Active imaging ladarYANG Peng 1,2 ,WANG Yu-zhi 1,2, LI Lin 1,2 , AI Hua 1（1. Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of sciences, Changchun 130033, China ；（2. Graduate School of the Chinese Academy of sciences, Beijing 100039, China ）Abstract: Active imaging ladar, because they provide their own illumination, are capable of operating 24 hours a day and are not dependent upon the angle of the sun. They can provide ultra-high resolution and three-dimensional imaging at long range. These capabilities would be promising in target detection and remote sensing and mapping. These capabilities would improve Battlefield Awareness (BA) and provide persistent Intelligence, Surveillance, and Reconnaissance (ISR) to perform target detection, recognition, and identification. This paper discusses two different approaches to active optical imaging. One is a coherent approach that uses synthetic aperture techniques with infrared laser radar, and another approach uses only the intensity of the speckle pattern in the aperture plane. Two different approaches to active optical imaging are introduced. The principle, advantage and progress of these two ladar systems are described. The key techniques and application prospect of them are also briefly discussed.Key words: Ladar; Synthetic aperture; Speckle imaging; Coherent detection0 引言主动成像激光雷达工作在光学波段，其工作波长远小于普通微波雷达，因此可以获得高分辨率的目标图像，这些图像看起来更自然、更容易理解，因此，其在军事侦察和遥感测绘等方面具有广阔的应用前景。

主要介绍了两种不同体制的成像激光雷达，都具116 红外与激光工程：激光探测、制导与对抗技术第37卷有远距离超高分辨率，针对这两种雷达作了一定的探讨，特别是采用相干合成孔径激光雷达能够突破光学孔径衍射限制获得高分辨率、远距离成像，这在未来的军事领域具有很广泛的应用前景。

1 散斑成像激光雷达1.1 散斑成像（SI）激光雷达的原理复空间频率与复图像间的关系是二维傅里叶变换与反变换的关系，空间频谱强度（复振幅平方）的傅里叶变换是复函数图像的自相关运算。

因此，如果测量图像的功率谱并做傅里叶变换，便可以得到图像的自相关运算结果，再利用相应的算法就可以由图像的自相关运算便能得到图像结果，利用这一原理的激光成像方法就是散斑强度信息成像。

典型的SI成像过程如图1所示，由发射源发出不同频率的脉冲激光对目标进行扫描，在每个扫描频率，光子在孔径面内由探测器阵列收集，获得散斑强度信息，通过对不同频率下探测器阵列采集到的强度信息做三维傅里叶变换，可以得到图像的三维自相关，再由自相关运算即可反解出图像[1]。

图1 散斑成像原理Fig.1 Speckle imaging concept1.2 成像激光雷达系统及其关键技术在美国国防高级研究计划局（DARPA）的支持下，麻省理工学院林肯实验室研制出了应用SI原理的集成三维成像激光雷达系统，该系统通过直接探测技术，可以获得高分辨率三维图像，并能对隐藏在植被或伪装下的目标成像。

激光发射系统的光源采用了林肯实验室开发的微芯片激光技术，该被动Q开关固态双频Nd:YAG 激光器能以16 kHz的脉冲重复频率发射波长为532 nm的短脉冲激光。

为了提高发射与接收系统的光能量耦合效率，同时抑制背景杂散光和虚预警率，激光器发出的单模激光光束经微光学衍射元件转换成32×32的点阵，通过双工机控制收发转换与发射接收光束的对准。

为了扩大视场范围，采用由两个可以相对转动的累斯莱棱镜组成的扫描系统，它们分别由两个独立的电机驱动，通过电机上的光电编码器可以精确记录各个激光脉冲的发射方向。

光子探测接收系统采用了32×32 APD焦平面阵列探测器，通过热电冷却器保持其恒温工作，室温下，单个光子探测效率大于20%，APD饱和增益大于108。

探测器阵列的每个单元都有独立的飞行时间计数电路，时钟频率为2 GHz，发射时分出部分脉冲用于计数开始，接收到的回波脉冲控制计数结束，这种计时方法省去了数模转换与非线性校正过程，简化了信号处理。

雷达光学成像系统重量仅13.6 kg[2]。

表1列出了该激光雷达系统的主要参数。

表 1 激光雷达系统参数表Tab.1 Ladar system parametersParameter Value CommentNominal range 150 mField of regard 10.8 °28.3 m diameter at 150 mrangeLaser wavelength 532 μrn Laser far field beam pattern32 ×32 spotarrayAligned with detectorIFOV arrayLaser pulse width 300 ps Full width half maxLaser pulse and rawimaging rate16 000 /sReceive aperture diameter 7.5 cmEffective focal length 300 mmFocal ratio f/4.0 Number of pixels in FPA 32×32Projected 100 μm pixelpitch333 μrad Instantaneous cross-rangesample5 cm at 150m range7.5 cm goalFOV (32 × 32)10.1 mrad ×10.1 mradRange resolution 40 cm > 7.5 cm goal FPA range sampling rate2 GHzeffective500 GHz plus two vernierbitsInstantaneous field ofregard10.1 by 10.1mrad1.51 m square at 150 mrange (32×32 array)增刊杨鹏等：主动成像激光雷达117这一激光雷达系统在2003年进行了飞行实验与数据采集。

激光雷达系统被安装在直升机上，事先已经对目标进行定位，当飞机飞过目标上空时，激光雷达系统从多个角度透过树冠和伪装中随机出现的空隙采集图像数据，利用角度-角度-距离和时间数据将采集到的图像融合为完整的目标图像，实现穿透树叶和伪装的目标识别。

目前，这一系统正在进一步向集成化、轻量化发展，以适应无人侦察机的要求[3]。

除了反伪装侦查，这种直接探测成像激光雷达技术还可以应用于机器视觉、无人驾驶导航、质量控制等领域。

2 合成孔径激光雷达（SAL）2.1 SAL的原理SAL是一种新体制的激光雷达，它将合成孔径技术应用于光频段的激光雷达系统，可以获得很高的距离分辨率。

SAL合成孔径的原理和SAR相同，只是发射源不同，SAL的发射源一般为红外或可见光波段的激光。

原理如图2所示，激光雷达系统的收发光学孔径和运载平台一起沿直线以速度v匀速移动，同时发射孔径以一定频率等间距地向目标发射脉冲信号，接收孔径接收并记录下目标散射回波信号的强度和相位信息以备后续信号处理。

对于同一目标单元，在运载平台移动距离D SA内假设有N个脉冲回波信号，将这N个回波信号进行相位补偿后同相相加，即可对这一目标单元进行聚焦，这等效于一个长度为D SA的天线阵同时收发，这就是合成孔径的原理，D SA即为合成孔径长度。