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激光雷达技术及其应用（一）激光, 雷达, 分辨率, 技术, 能力20世纪60年代初出现了以测距为主要功能的激光雷达，它以高角分辨率、高速度分辨率、高距离分辨率、强抗干扰能力、良好的隐蔽性，以及出色的全天候工作能力在很多领域尤其是军事领域中得到了广泛的应用。
激光雷达技术也称机载激光雷达，它是一种安装在飞机上的机载激光系统，通过量测地面的三维坐标，生成激光雷达数据影像，经过相关软件处理后，可以生成地面的DEM模型、等值线图及DOM 正射影像图。
激光雷达系统通过扫描装置，沿航线采集地面点三维数据；系统可自动调节航带宽度，使其与航摄宽度精确匹配，在不同的实地条件下，平面精度可达0.1m，采样间隔为 2～12m。
激光雷达是集激光技术、光学技术和微弱信号技术于一体而发展起来的一种现代化光学遥感手段，它使用激光作为探测波段，波长较短而且是单色相干光，凶而呈现出极高的分辨本领和抗干扰能力，为其在各方面的应用奠定了重要基础。
激光雷达探测技术不仅可以获得目标地物表面的反射能量的大小，同时还可获取目标反射波谱的幅度、频率和相位等信息，用于测速和识别移动目标，在环境、生态、通信、航天等方面有着广泛的应用。
本文重点介绍激光雷达的技术现状和应用领域。
机载脉冲式激光雷达的发展简史激光雷达的研发早在上个世纪的七十年代就开始了(Jennifer and Jeff 1999)。
最初，是由美国的航天航空总署NASA研究出了一种非常笨重的基于激光测量的设备。
尽管它非常昂贵，也只能测量放在地面上的飞机的精确的高度。
在八十年代后期，随着GPS民用技术的提高，使得GPS对位置定位的精度达到了厘米的量级。
高精度的用于记录激光来回时间的计时器和高精度的惯导测量仪（Inertial Measurement Units，IMU）的相继问世，为激光雷达的商业化打下了基础。
激光雷达工作原理激光雷达的工作原理与雷达非常相近。
由激光器发射出的脉冲激光由空中入射到地面上，打到树木上，道路上，桥梁上，房子上，引起散射。
《空中目标识别技术研究》一、引言随着现代科技的不断进步，空中目标识别技术在军事、民用等领域得到了广泛应用。
该技术主要是利用雷达、光学、红外等多种传感器，对空中目标进行探测、识别与跟踪。
通过对空中目标的有效识别，可实现安全防范、军事防御、民航空管等多种功能。
本文将对空中目标识别技术的现状、关键技术、发展趋势及应用领域等方面进行探讨与研究。
二、空中目标识别技术现状目前，空中目标识别技术主要包括雷达识别技术和光学识别技术。
其中，雷达识别技术具有探测距离远、全天候工作等特点，被广泛应用于军事领域。
光学识别技术则具有较高的识别精度和较低的误报率，逐渐在民用领域得到广泛应用。
三、关键技术分析1. 传感器技术传感器是空中目标识别的关键设备之一，其性能直接影响到识别效果。
目前，常用的传感器包括雷达、光学、红外等。
其中，雷达传感器具有探测距离远、抗干扰能力强等优点；光学传感器具有较高的识别精度和较低的误报率；红外传感器则可实现夜间和恶劣天气条件下的目标探测。
2. 信号处理技术信号处理技术是空中目标识别的核心技术之一。
通过对传感器采集的信号进行预处理、特征提取和分类识别等操作，实现对空中目标的准确识别。
其中，特征提取是关键环节，需要通过算法对信号进行深入分析和处理，提取出目标的特征信息。
3. 识别算法识别算法是空中目标识别的核心技术之一，直接关系到识别精度和速度。
目前常用的识别算法包括基于模式识别的算法和基于机器学习的算法等。
其中，基于模式识别的算法需要对目标的特征进行提取和匹配；而基于机器学习的算法则可以通过训练大量数据，实现对目标的自动识别和分类。
四、发展趋势随着科技的不断发展，空中目标识别技术将朝着更高精度、更快速、更智能的方向发展。
具体来说，未来空中目标识别技术将进一步融合多种传感器技术，提高探测和识别的精度和速度；同时，将借助人工智能和机器学习等技术，实现对目标的自动识别和分类，提高系统的智能化水平。
五、应用领域空中目标识别技术在军事和民用领域都有广泛的应用。
光电技术在中国深空探测中的应用光电技术在中国深空探测中的应用近年来，随着人类对宇宙探索的不断深入，深空探测已经成为了一个热门话题。
作为科技领域的重要组成部分，光电技术的应用在这一领域中也越来越广泛。
本文将分析光电技术在中国深空探测中的应用情况和发展前景。
首先，光电技术在中国深空探测中的应用非常广泛。
例如，目前我国正在开展的嫦娥探测任务就采用了大量的光电技术。
在嫦娥四号登陆南极-艾特肯盆地的探测任务中，它的相机、激光高度计、雷达测高仪、辐射计等均采用了先进的光电技术。
这些设备可以获取地形地貌信息、搜集基础科学数据并完成机械任务。
在未来，我国还将开展更加深入的探测任务，比如预计在未来十年内将实施的“中国火星探测计划”，该计划中同样广泛采用光电技术，包括相机、雷达和激光测距仪。
其次，光电技术可以帮助人类完成深空探测中的多项任务。
例如，通过光电技术，我们可以获取高清晰度的图像和视频等数据，并进行速度和运动轨迹的测量，有助于人类更加全面地了解目标星球的地理分布和自然环境。
此外，光电技术在深空探测中也可用于天文探测，比如对行星、恒星、星系的观测和研究等。
由于总重量和体积有限，飞船上带不了太多的天文仪器，因此光电技术可以用来让这些仪器尽可能小巧、灵活、易携带。
最后，光电技术在中国深空探测中的应用前景非常广阔。
随着中国深空探测计划的不断推进，我们需要采用先进的、高性能的光电技术来推动探测计划的进程。
此外，由于中国的光电技术产业已经走在了全球的前列，因此也可以帮助我国在深空探测领域中走在全球前列。
相信随着科技的不断进步，光电技术在中国深空探测中的应用将会越来越广泛，为我们的星际追梦开拓更广阔的空间。
综上所述，光电技术在中国深空探测中的应用具有重要的意义和广阔的应用前景。
我们期望，未来中国深空探测计划会更加注重光电技术的应用，吸引更多优秀的科技人才，同时加强与其他国家的合作，以实现探测项目更好的成果。
这样，我们就能够更好地走向星空，探索宇宙的奥秘。
激光雷达在机器人领域中的应用激光雷达（Lidar）是一种测量目标距离和获取目标空间位置信息的重要传感器。
它通过发射激光束并接收其反射回来的信号来实现测距，可以提供高精度、快速的距离和形状信息。
在机器人领域，激光雷达被广泛应用于地图构建、环境感知、导航和避障等方面，为机器人的自主行动提供了重要的支持。
本文将探讨激光雷达在机器人领域中的应用。
一、地图构建激光雷达通过扫描环境中的物体并获取其距离和形状信息，可以将这些信息用于建立环境的三维模型，从而实现地图构建。
机器人可以通过激光雷达获取环境中的障碍物和其他物体的位置，进而建立起准确的地图。
这对于机器人的导航和路径规划非常关键，可以帮助机器人识别和避开障碍物，实现自主导航。
二、环境感知激光雷达可以提供机器人周围环境的高分辨率感知，帮助机器人感知周围的物体和环境信息。
通过激光雷达，机器人可以获取障碍物的位置、形状、大小等信息，以及地面、墙壁等背景环境的信息。
这些环境感知数据对于机器人的决策和行为起着至关重要的作用，使得机器人可以在复杂的环境中进行精确的定位和导航。
三、导航和避障激光雷达是机器人导航和避障中最常用的传感器之一。
机器人可以通过激光雷达获取周围环境的距离信息，并根据这些数据进行路径规划和决策。
激光雷达可以快速准确地检测到周围的障碍物，帮助机器人避开这些障碍物，从而实现安全、高效的导航。
四、三维感知激光雷达可以提供机器人对目标物体的三维感知能力。
通过激光雷达，机器人可以获得目标物体的精确位置和形状信息，从而实现对目标物体的抓取、操作和操控。
三维感知能力使得机器人能够在复杂和不规则的环境中进行精确的操作，提高工作效率和准确性。
五、自动驾驶激光雷达在自动驾驶领域中有着广泛的应用。
激光雷达可以用于检测和辨识道路上的车辆、行人、障碍物等，并提供实时的环境感知数据。
这些数据可以帮助自动驾驶系统进行场景理解、路径规划和决策，从而实现自主导航和避障。
激光雷达在自动驾驶中的应用，不仅提高了行驶的安全性和稳定性，也为实现无人驾驶技术奠定了基础。
空间目标探测与识别技术研究随着时代的发展，人类对于未知领域的探索也越来越深入，其中探索太空的研究也越来越成为现代科学技术的重要组成部分。
尤其在现代科技日益发达的今天，空间目标探测与识别技术的研究也越来越受到重视。
一、空间目标探测技术空间目标探测技术是指通过空间探测器、卫星等方式，对于宇宙空间中的星体、行星、彗星、颗粒物等进行探测和观测的技术手段。
此类技术广泛应用在天体物理、地球物理、大气环境、太阳天文学等领域中。
目前，空间目标探测技术的发展已经非常成熟，包括了多种传感器、测量手段及监测系统等，如遥感卫星、天文望远镜、探测器、地球物理测量仪等。
探测技术的精度和能力不断提高，可以获取到更加准确的信息和数据。
二、空间目标识别技术空间目标识别技术是指通过对于空间目标的特征分析、比对等技术手段，来实现对于空间目标的识别和分类的技术。
目前，这种技术手段涉及到多种方面，如图像识别、机器学习等领域。
一般来说，空间目标识别技术的研究需要首先明确需要识别分类的空间目标，然后通过对于目标的形态、颜色、光谱、运动特征等识别标志的分析，来实现精准的识别和分类。
三、空间目标探测与识别技术研究的重要性空间目标探测与识别技术的快速发展，为现代空间科学研究提供了重要的技术支撑和基础。
具体来说，其发展对于以下几个方面至关重要。
（一）天体物理学研究天体物理学研究在探索宇宙星系演化、恒星演化、星系形成等方面有着重要的意义。
空间目标探测与识别技术就是天体物理学研究的重要手段，通过对于星系的观测和探测，可以更好地了解天体的物理状况、特征和演化过程。
（二）地球资源调查地球资源调查在社会经济发展中起着至关重要的作用，如通过遥感技术获取大量的地球表面信息，实现了对于全球范围内的资源分布情况进行调查和识别。
而空间目标探测与识别技术，则可以通过对于地球环境的监测和探测，实现对于地质灾害、气候变化、海洋资源、自然灾害等方面的调查和监测，为地球资源行业提供了至关重要的技术支撑。
激光漫反射传感器基本原理1简介激光漫反射传感器是一种常用于自动化生产过程中的传感器，常用于检测产品地点、距离和姿态等信息。
在工业自动化生产过程中，激光漫反射传感器具有快速响应、高度准确、非接触式等优势。
2基本原理激光漫反射传感器是利用激光器发射出的激光束对目标进行探测的。
当激光束照射到目标上时，激光束会被目标表面反射，反射的光束会由传感器中的接收器接收，并通过计算反射的时间以确定目标的位置信息。
激光漫反射传感器可以识别许多不同类型的材料，如金属、玻璃、塑料、纸张甚至水。
其可以精确地识别目标的位置、形状和大小，并输出有关目标的信息以进行有针对性的控制。
3工作原理在使用激光散射传感器时，激光器通常会发射一束聚焦的激光束，该激光束以极高的速度行进，直到遇到目标表面。
这里的“目标表面”可能指的是任何不同表面的物体，可能是金属、玻璃、塑料、纸张等等，这些表面具有不同程度的反射性。
反射的激光束会被传感器中的接收器检测，并返回到控制系统中进行处理。
控制系统可以计算反射产生的时间差，从而确定目标的位置、距离和大小等信息。
这种计算通常涉及时间、光速和距离测量原理。
4应用场景激光漫反射传感器的功能非常广泛，可以广泛应用于工业自动化、机器人技术、航空航天等领域。
例如，在工业制造中使用激光漫反射传感器进行物品的测量和追踪，可以大大提高生产效率和生产质量。
在机器人技术方面，激光漫反射传感器可以用于导航和避障，使机器人能够在未知环境中自主移动。
激光散射传感器还可以作为无人机（UAV）和其他航空设备中的控制元件，以进行定位、姿态控制和导航等应用。
5结论总的来说，激光漫反射传感器是一种常见的传感器，具有快速响应、精度高、反应迅速等优势，广泛应用于机器人技术、制造业、航空航天等领域。
三维激光扫描技术摘要：三维激光扫描技术由于其扫描速度快、直接获得数字信息、非接触性、扫描效率高、使用简单方便等优点，使其在当今工业生产、科技研究、生活等各方面的应用越来越广泛。
本文简单介绍了三维激光扫描技术的发展历程及现状，并从几个方面介绍了三维激光扫描技术的原理，以及三维激光扫描技术的特点和现在应用领域。
关键词：三维激光扫描原理特点应用1、三维激光扫描技术简介三维激光扫描技术Three-Dimensional Laser Scan Technology，又称“实景复制技术”。
它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。
可以快速、大量的采集空间点位信息，快速建立物体的三维影像模型的一种技术手段。
随着科技的进步和工业技术的发展，三维测量在应用中越来越重要，三维激光扫描技术是伴随这激光扫描技术、三维测量技术以及现代计算机图像处理技术产生和发展的。
2、三维激光扫技术的优势（1）三维测量:传统测量概念里，所测的的数据最终输出的都是二维结果（如CAD出图），在现在测量仪器里全站仪，GPS比重居多，但测量的数据都是二维形式的，在逐步数字化的今天，三维已经逐渐的代替二维，因为其直观是二维无法表示的，现在的三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X,Y,Z点的信息，还包括R,G,B颜色信息，同时还有物体反色率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，是一般测量手段无法做到的。
（2）快速扫描:快速扫描是扫描仪诞生产生的概念，在常规测量手段里，每一点的测量费时都在2-5秒不等，更甚者，要花几分钟的时间对一点的坐标进行测量，在数字化的今天，这样的测量速度已经不能满足测量的需求，三维激光扫描仪的诞生改变了这一现状，最初每秒1000点的测量速度已经让测量界大为惊叹，而现在脉冲扫描仪（scanstation2）最大速度已经达到50000点每秒，相位式扫描仪Surphaser三维激光扫描仪最高速度已经达到120万点每秒，这是三维激光扫描仪对物体详细描述的基本保证，古文体，工厂管道，隧道，地形等复杂的领域无法测量已经成为过去式。
光子计数单光子激光雷达互相关光子计数单光子激光雷达（简称光子激光雷达）是一种利用单光子技术进行激光雷达测量的先进装备。
它广泛应用于地面三维测绘、气象探测、目标识别与跟踪等领域。
本文将从光子计数单光子激光雷达的基本原理、技术特点、应用领域及未来发展趋势等方面进行详细介绍，以便更好地了解和认识这一先进技术装备。
**一、光子计数单光子激光雷达的基本原理**光子计数单光子激光雷达是一种利用单光子统计技术来进行激光雷达测量的装备。
其基本原理是将激光发射器发射的光脉冲照射到目标物体表面，激发目标物体表面的反射光子。
通过接收器接收反射光子，并对其进行单光子计数，从而获取目标物体表面的距离、速度等信息。
由于采用了单光子计数技术，光子计数单光子激光雷达具有高精度、高分辨率、抗干扰能力强等特点。
**二、技术特点**1.高精度：光子计数单光子激光雷达采用单光子计数技术，能够实现毫米级的距离测量精度，适用于地面三维测绘、目标跟踪等场景。
2.高分辨率：光子计数单光子激光雷达能够实现亚米级的空间分辨率，可以对地面目标进行高精度的测量与识别。
3.抗干扰能力强：由于采用了单光子计数技术，光子计数单光子激光雷达具有较强的抗干扰能力，能够有效避免外界干扰对测量结果的影响。
4.高可靠性：光子计数单光子激光雷达采用了先进的光子计数技术和高性能的光电探测器，具有较高的稳定性和可靠性。
**三、应用领域**1.地面三维测绘：光子计数单光子激光雷达可实现对地形地貌的精确测量，广泛应用于地图制作、城市规划等领域。
2.气象探测：光子计数单光子激光雷达可实现对大气的精确探测，用于气象预测、天气监测等领域。
3.目标识别与跟踪：光子计数单光子激光雷达可以实现对目标物体的精确测距和速度测量，广泛应用于目标识别、无人机跟踪等领域。
4.火灾监测：光子计数单光子激光雷达可以实现对火灾烟雾等因素的探测，用于火灾监测与预警。
**四、未来发展趋势**1.高性能化：未来光子计数单光子激光雷达将更加注重装备性能的提升，如提高测量精度、提高测量距离、提高测量速度等。
车载激光雷达测量技术及设计分析摘要：随着科学技术的发展，我国的车载激光雷达测量技术有了很大进展。
车载激光雷达测量技术是继全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）后遥感测绘领域的一场技术革命。
将车载激光雷达测量技术和地理信息技术结合在一起，能够为多个行业的深化发展提供重要支持。
本文首先对车载移动激光雷达测量系统介绍，其次探讨车载激光雷达应用优势，最后就车载激光雷达数据的精化处理方式进行研究，以供参考。
关键词：车载激光雷达测量技术；数据收集；数据处理；设计应用引言在汽车主动安全系统中，主要由报警装置、车载测距测速装置、微机、执行系统等组成。
车载距离测速环节能分辨行车中障碍物的移动物理量。
激光雷达能提高识别的分辨率。
与传统的雷达相比，可用激光作为探测光进行丈量，这会导致运动物体的多普勒率升高，使物体的径向速度不能由激光雷达依据多普勒频率进行测量。
实现汽车智能驾驶核心技术是获取道路目标信息，包括获取目标方位、速度、距离。
目前，已成功研制出汽车辅助驾驶系统的毫米波雷达对道路目标速度、距离同步测量。
1车载移动激光雷达测量系统介绍车载移动激光雷达测量系统集成GNSS、IMU惯性导航单元、三维激光扫描、影像处理、摄影测量及集成控制等高新技术，通过三维激光扫描采集空间信息，全景照相获取影像，由卫星及惯性定位确定影像的位置姿态等测量参数，在点云上实现测量，完成测绘任务。
本文以LeicaPegasus:Two移动激光扫描系统在酒额铁路既有线改造工程中的应用为例进行介绍。
2车载激光雷达应用优势第一，成果测量精准度高。
在车载激光雷达航测技术的作用下，人们能够直接获取三维激光点云数据信息。
与传统测量仪获取信息相比，整个操作流程更加简洁方便。
三维激光雷达系统获取新的原始点密度要比传统测量仪获取原始点的密度高，平均每平方米能够获取几十个原始数据点，远超其他系统。
在应用车载激光雷达航测技术后的高程测量精准度要比其他测绘方式获取的测量精准度高，由此在测量的过程中会获得更全面的周围事物数据信息。
激光雷达在军事领域的应用激光雷达（Light Detection and Ranging，简称LiDAR）是一种利用激光束发送和接收返回光信号的测距技术。
近年来，激光雷达在军事领域得到广泛应用，并展现出了巨大的潜力。
本文将探讨激光雷达在军事领域的应用，并讨论其对战场信息获取、目标识别以及火力打击等方面的贡献。
首先，激光雷达在战场信息获取方面发挥了重要作用。
传统的雷达系统主要依靠电磁波来进行目标探测和定位，但在复杂地形环境中容易受到干扰。
相比之下，激光雷达能够利用高频激光束进行精确的测距和图像获取，使其在山地、森林等复杂地形中具备更强的适应能力。
通过激光雷达获取的地形数据，军事指挥部门可以更精确地掌握战场地形，为部队决策提供科学依据。
其次，激光雷达在目标识别方面有着独特优势。
激光雷达可以通过测量返回光波信号的时间和强度来确定目标的形状、尺寸和材质等特征，从而实现对目标的精确识别。
与传统雷达系统相比，激光雷达在目标识别的准确性和可靠性上有着明显优势。
例如，激光雷达可以在长距离上准确识别敌方装甲车辆的种类和型号，为火力打击提供指导。
此外，激光雷达还可以区分真实目标和虚假目标，减少战术误判，提升作战效能。
最后，激光雷达对于火力打击的辅助作用不可忽视。
激光雷达可以提供准确的目标坐标和尺寸信息，为火力打击指挥决策提供重要依据。
在联合作战中，激光雷达可以与目标激光指示器配合使用，实现与空中平台的精确通信，减少对地面通信设备的依赖性。
此外，由于激光雷达的高精确性和高分辨率，在目标指示和测量中具备较高的成功率，降低了火力打击的误伤风险，提高了打击的精确性和效果。
总之，激光雷达在军事领域的应用为军队提供了先进的信息获取、目标识别和火力打击手段。
通过激光雷达，军队可以更准确地了解战场情况，更精确地识别目标，并在火力打击中提供更可靠的支持。
然而，随着军事技术的发展，激光雷达也面临着对抗手段的挑战，例如光谱干扰和光学对抗等。
管理及其他M anagement and other三维激光扫描技术在矿山井下采空区测量中的应用安洪伟摘要：三维激光扫描技术在测绘行业中具有重要的地位和作用，它通过改善传统测量设备的操作局限性，提供了高精度的三维空间坐标数据，并能准确获取三角纹理、图像以及目标物体的点云数据。
本文针对三维激光扫描技术在矿山井下采空区测量中的应用展开研究，能够为测绘工作带来更高效、精确和可视化的成果。
关键词：三维激光扫描技术；矿山井下；采空区矿山井下的生产区域通常包括人工采掘区域和采空区。
采矿过程中，裸露的采空区域存在一定的安全隐患，可能导致坍塌事故和冒顶事故的发生。
由于井下工作区域的空间限制和黑暗区域的存在，采矿活动本身就具有一定的风险。
为了确保井下工作人员的安全，并避免可能造成的经济损失，采取措施确保采矿安全变得至关重要。
传统的测量方法可能存在一定的局限性，无法提供准确的采空区形状信息，三维激光扫描技术已经成为一种可行且有效的解决方案，该技术可以通过高精度的测量，获取矿山井下空间的详细数据，为采矿过程提供准确的参考依据。
三维激光扫描技术利用激光器发射激光束，并通过测量激光束的反射时间和强度来确定物体的位置和形状，通过将激光扫描仪放置在井下，可以快速、准确地获取采空区的形状和尺寸信息，这种非接触式的测量方法不仅可以提高测量的精确度，而且还可以避免人工测量可能带来的安全风险。
应用三维激光扫描技术可以为矿企提供全面的井下空间数据，使其能够更好地了解采空区的情况。
这些数据可以用于制定更安全和可靠的采矿计划，及时发现潜在的安全隐患，并采取相应的措施加以预防。
同时，准确的采空区形状信息还有助于评估井下工作区域的稳定性，避免顶板下沉和振动波等不稳定因素对采矿活动的影响。
1 三维激光扫描技术的工作原理三维激光扫描技术是一种利用电子激光测距仪原理的先进技术。
该技术包括多个组件，如发射器、接收器、滤波器、控制电路板和软件，它们协同工作以实现精确的测量和数据采集。
激光对射探测器的智能光束身份识别技术是指----两个光束以上的激光对射探测器，通过技术手段使同一对激光对射探测器的不同光束以不同的编/解码方式进行工作，同一对激光对射探测器在任何探测距离都不会形成光束相互覆盖和干扰，在同一对激光对射探测器的激光发射机和激光接收机之间任何位置，都可以实现光束阻断精准识别，确保激光对射探测器不会由于光束相互覆盖而形成漏报。
由于智能光束身份识别技术的激光对射探测器的每一个光束编码都是唯一的，所以不管激光对射探测器的高度有多高，光束数量是多少，探测距离有多远，都绝不会形成光束相互覆盖和干扰，可以实现在探测器之间任何位置阻挡光束，都能被精准识别并产生报警。
普通的激光对射探测器不具备光束身份识别技术，同一个激光对射探测器不同光束发出的信号完全一致，所以在探测距离较远时会造成激光发射机发出的光束到达激光接收机时形成相互覆盖和干扰，激光接收机无法对激光发射机的不同光束信号进行区分识别，在靠近激光发射机一端阻断某一个或几个光束时，激光接收机不能产生报警，从而形成漏报警。
在入侵报警系统中，如果探测器会出现漏报，那对于目标防范区域将会造成极大的安全隐患，因此，在一些安全防护级别较高的场所，如果采用普通激光对射探测器作为周界防入侵探测器，就会给用户的生命财产带来巨大的安全隐患，因此大力推广和选用智能光束识别技术的激光对射探测器在监狱、看守所、戒毒所、机场、军事禁区、石油石化等场所的应用迫在眉睫。
维安达斯作为国内专注高端入侵探测报警系统的原创民族品牌，具有16年激光探测器的研发生产经验，在深刻体会普通激光对射探测器所带来的安全隐患后，经过18个月的技术攻关，克服了从原理实现、器件选型、不同环境的稳定性等多重困难，在行业内率先推出维安达斯旗舰版激光对射探测器，旗舰版激光对射探测器具有每光束独立编解码技术（智能光束身份识别技术），多模式探测技术，双信号输出技术等多种原创技术，并已经成功申请国家发明专利。
沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 1 1绪论 空间目标主要指各种卫星、空间碎片、空间站、航天飞机, 中远程弹道导弹, 以及进入地球外层空间的各种宇宙飞行物, 如彗星和小行星。空间目标探测系统的任务是对重要空间目标进行精确探测和跟踪, 确定可能对航天系统构成威胁的目标的任务、尺寸、形状和轨道参数等重要目标特性; 对目标特性数据进行归类和分发。空间目标探测不仅可以帮助确定潜在敌人的空间能力, 还可以预测空间物体的轨道, 对可能发生的碰撞和对己方空间系统的攻击告警等, 具有重要的军事价值。
当前的空间目标探测的主要手段是以各种超远程雷达和大口径光学望远镜组成的空间的监视网对空间目标进行探测和跟踪。这种探测方式虽然能够有效地对空间目标实现探测和监视, 但是对空间目标缺乏有效的识别手段, 而且整套系统庞大复杂, 运行成本昂贵。目前的空间监视系统的主要不足表现 在雷达与光学系统必须紧密配合, 否则对空间目标的探测效率将大为降低。若单用雷达探测空间目标, 由于雷达的波束较宽, 分辨率较低, 难以获得空间目标的准确方位以及其形态特征; 单用光学望远镜探测空间目标, 无法获取空间目标的距离、速度信息, 而且对于被动光学观察, 受空间照明环境影响较大。 目前, 在被动光学探测的基础上发展了主动激光照射成像的探测技术。该技术的基本原理是利用激光器照射空间目标, 将目标的全部或关键特征部位照亮, 使其满足接收系统探测要求, 再利用传统被动成像光学系统探测目标。该方法不仅可以提高被观察目标的亮度, 还可以在零照度条件下, 随时在所关心的天区内进行空间目标探测。但该方法仍然有许多缺陷, 主要体现在该方法无法获得目标的距离及速度信息, 虽然通过距离选通可以获得目标的大致距离信息, 但距离分辨率低, 且对于未知距离的目标需要通过多个距离选通门限方能探测到。 有别于上述主动激光照射成像的探测, 激光探测是指向目标发射连续或脉冲的激光波束, 由接收系统接收目标反射的回波, 通过对回波所携带信息的分析, 提取感兴趣的目标特征。相比传统探测方式, 激光探测有许多突出的优点。首先, 激光探测可以独自完成对空间目标的定位及特征识别, 不像现有的观测需要一个庞大复杂的系统支撑, 简化了操作流程, 降低了使用费用; 其次, 由于激光探测特有的性质, 其测量精度较传统测量要高许多, 此外, 通过对激光探测信号的进一步分析, 可以得到更丰富的目标特征, 为有效的图像识别目标提供依据。 沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 2 2 激光探测空间目标识别技术 2. 1 运行轨道确定 2. 1. 1 位置确定 对于空间目标, 如果知道其相对于地面固定点的距离及相对角度, 则该空间目标的相对位置即可以唯一确定。通过测量激光从发射到返回经过的飞行时间便可以计算出探测器到目标的直线距离L:
（2.1） 式中, c为光速; t为激光脉冲飞行时间。由于光速在大气层内的速度与真空中有一定差别, 以及大气湍流和波动, 光速在测量范围内并不是常数。测距精度为 ：
（2.2） 从式（2.2）可以看出, 测距精度取决光束飞行时间t的测量精度$t与光速在大气层内外的速度差$c。此外, 由于回波上升前沿变化、阈值电平漂移、时钟频率不稳定、放大器及探测器噪声引起的时间测量误差等, 这些都会造成测距误差。通过误差补偿和提高测量精度的方式可以将误差减小至探测所 需要的精度范围内。 另外, 通过探测设备上的轴角编码器可以准确测量出空间目标相对于探测设备的相对角度, 有了这两个数据便可以通过相应的坐标变换得到空间目标的相对位置。 2. 1. 2 速度确定
最简单的激光测速方法是对运动目标进行连续测距, 由距离随时间的变化率计算出目标的速度。这种方法虽然简单, 但测量精度不高, 而且必须对目 标进行连续测量。通过探测激光回波经目标调制后产生的多普勒频移, 不仅具有很高测量精度, 而且单次测量便可以得到目标的径向速度。激光束作用于 目标产生的多普勒频移量fd 为：
（2.3）
式中, K为激光波长; Mr 为目标在径向r速度。由式( 3)可知, 由于多普勒频移fd 与激光波长K成反比, 激光产生的多普勒频移量比微波雷达大许多倍, 因而激光雷达对运动
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3 目标速度测量精度要比微波雷达高得多。例如, 用10. 6 Lm 的CO2 激光时, 1m / s径向速度运动的目标会产生约189 kH z的多普勒频移量, 而对35 GH z的微波雷达则只产生约233H z的多普勒频移。在有了空间目标的位置及相对速度情况下, 通过一定时间观测的积累, 可以得到空间目标的运动矢量及其矢量速度, 这样就可以依据得到的参数确定空间目标的飞行轨道[ 4 ] 。由于激光束的波束宽度远小于微波雷达的波束宽度, 加上激光雷达的测距及测速精度也远高于微波雷达, 因而利用激光雷达确定空间目标飞行轨道的精度远高于相应的微波雷达。 2. 2 几何形状估计 2. 2. 1 目标回波脉冲波形特征分析技术 对于空间目标, 其空间尺寸使得其不同部位反射的激光回波在时间上存在一定的时延, 其在回波的波形上表现为脉冲波形的展宽, 对于体积特别巨大的空间目标, 如空间站、大型电子侦察卫星等, 其回波波形可能出现变形甚至断裂。记录反射回的激光波形, 可以通过分析回波的强度及展宽、裂变情况来判断空间目标的空间尺寸, 估计出其大致的形状。 此外, 对于单次探测条件下的激光遥感信号, 由于其波形分布信息反映了目标特性分布对回波信号的调制。通过对激光回波信号的小波变换, 提取出不同变换尺度下激光回波波形分布特征。通过回波的脉冲宽度和能量特征可以反映出目标的反射尺寸和反射率信息。通过模板匹配和模式识别技术, 结合典型目标与激光回波信号的调制关系, 就可能得到回波信号特征与目标特性的映射关系, 并获得对目标特性的求解结果。对于更高精度的要求, 可以由多角度激光照射条件下的多次激光回波数据, 得到针对同一目标的时间、空间和属性联合调制函数的另一组值, 可以消除目标各子部分的时间、空间、属性求解的不确定性, 从而建立起更为稳定的激光遥感信号与目标特性关系模型, 达到精确目标特性求解结果。对于提取的特征量, 还需要通过实验的方法验证其稳定性和有效性。通过分析, 提取出最能反映目标本质的特征集, 并通过选用合适的模式 识别方法完成对目标的识别工作。 图1[ 5] 给出了对三种不同目标的回波波形分布仿真结果以及基于小波变换的特征提取向量。仿真选择三种不同外形尺寸的卫星模型, 利用激光在卫星侧上方? 40b范围内以10b为步进角度进行侦察, 得到一组回波数据, 通过小波变换和M ahalanobis计算得到一组特征模板。图中为三种卫星在方位角30b时的激光回波数据以及其三阶小波变换分解系数和第三阶小波系数的沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 4 模极大值点。由图可见, 利用波形特征提取可以有效地区分具有不同特性分布的目标, 完成对目标的识别工作。图1 三种卫星的激光回波和特征提取仿真结果 图
图表 1
2. 2. 2 激光雷达逆合成孔径成像技术 激光雷达逆合成孔径成像原理与微波雷达的逆合成孔径雷达成像的原理基本相同, 都是利用雷达与目标之间的相对运动, 经信号处理产生等效的大孔径来获得高的方位分辨率, 其距离向分辨率都是由宽带的发射信号B 所决定。 设激光雷达发射孔径为D, 与目标之间的距离为R 0, 激光波长为K, 其3 dB的波束宽度近似为 （2.4） 式中, K 为加权展宽系数, 当波束为均匀辐射时K = 0. 88, 实际工程中HBW 一般有所展宽, 取近似值K = 1。则合成孔径雷达长度LS 为:
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由公式( 2.6) 可以看出, 激光雷达逆合成孔径成像的方位分辨率等于实际天线孔径的一半, 由于光学接收孔径远小于微波雷达发射孔径, 因此激光雷达显著的提高到了方位分辨率, 减小了对目标环境的依赖性, 能够实现高性能远距离的探测。 国内目前对于激光雷达逆合成孔径成像方面的研究较少[ 7] , 国外有几家研究
机构对逆合成孔径激光雷达成像问题进行了理论和实验研究, 并且取得了值得关注的研究进展。M IT 林肯实验室研制了/ Firepond0CO2 相干激光雷达, 并于1990年3月4日成功获取了世界上首幅轨道卫星的距离- 多普ISAR 图像, 这是一颗轨道高度800~ 100 km 高度的海洋卫星[ 8] 。2002 年, 美国的海军研究实验室M. Bashkansky 等人用波长为1. 55 Lm、功率为5mW 的单模可调谐激光源也实现了对目标的二维成像[ 9] 。 目前, 激光雷达逆合成孔径成像技术虽然取得初步的成果, 但是仍处于实验室阶段, 离实际应用还有较大距离。此外当前逆合成孔径激光雷达的发展仍然面临着一些关键问题的制约, 主要包括激光器射源、相干探测、运动补偿信号处理和大气传输影响及补偿等。 2. 3 装配光学设备检测
测空间目标是否装配光学设备检测利用了激光探测中的/猫眼效应0[ 10] 。/猫眼效应0是在研究了猫的眼睛的基础上提出来的, 猫的眼睛之所以在夜间看起来很亮, 原因就在于光线通过猫眼的瞳孔后射到眼底上, 然后由于眼底的反射, 使光束返回,所以此时的猫眼就显得比较亮。如果反射光束的表面不具有类似眼底的特性, 那么该表面的反射光将不会沿原光路返回, 我们也就难以得到较强的回光信号。 一般的光电设备, 位于光学系统焦面上的光电探测器表面, 对正入射来的激光, 按光的可逆原理将其原路返回, 会产生方向性好、能量集中、亮度高的后向反射光。透镜的聚焦功能和光敏面的镜面反射使系统产生的光学/ 准直0作用, 使激光回波能量密度比其他目标(或背景)的回波能量密度高许多。 图2 /猫眼效应0光路示意图[ 11]
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