激光雷达系统快速准直的方法和光学装置
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激光雷达主要参数
激光雷达周界系统
激光周界雷达系统是⼀个完整的产品系列,根据配置不同,其所包含的部件也不相同。主要部件包括:-激光测距仪
-旋转马达(1.3Hz)
-控制编码主机
-光学反光装置(4组反光镜)
-DSP信号处理单元
激光周界系统在旋转时,激光束会沿着⼀个扇⾯移动,反射回的激光束被接收窗⼝捕获后,会实时创建⼀个检测平⾯,称之为识别区,激光周界系统每0.2秒会对这个识别区内的任何⼀点扫描⼀次,⼀旦有⼊侵⽬标进⼊这个区域(跑、⾛、爬⾏),激光周界系统会实时计算⽬标的距离、⽅位,通过先进的识别算法,确认出为可疑⽬标后,会⽴刻通过RS485把⽬标坐标信息发送回监控中⼼,并激活内置下相应⾓度的监视摄像机进⾏跟踪。
激光雷达警戒系统扫描扇⾯为120度,安装⽅式是根据想达到的防护效果,可以垂直安装或者⽔平安装,识别性能上是完全⼀样的。还可以集成固定或PTZ摄像机,跟踪⼊侵⽬标,发⽣⼊侵时,通过坐席软件对⼊侵的截图,录像和时间进⾏储存,并配合现场的告警灯起到警⽰作⽤。产品参数
激光周界系统共有A、B、C3个产品系列-LFS A系列产品没有内置摄像机,提供50⽶、70⽶、120⽶,180⽶4种配置。可指挥控制第三⽅PTZ摄像机跟踪⽬标
-LFS B系列产品内置1个或多个固定⾓度的摄像机,提供30⽶、50⽶、70⽶,120⽶、5种配置
-LFS C系列产品为低成本系列产品,内置1台或2台固定⾓度摄像机,并包含了⼀个遮阳/防⾬罩,提供30⽶、50⽶2种配置
激光雷达概述
1、激光雷达LiDAR(Light Detection and Ranging)的定义及其组成系统
激光雷达是激光探测及测距系统的简称。是⼀种以激光器作为发射光源,采⽤光电探测技术⼿段的主动遥感设备。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。
图1 激光雷达技术⽰意图
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。
激光雷达采⽤脉冲或连续波两种⼯作⽅式,探测⽅法按照探测的原理不同可以分为⽶散射、瑞利散射、拉曼散射、布⾥渊散
射、荧光、多普勒等激光雷达。
2、激光雷达的基本原理
激光雷达是⼀种集激光、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与⼀⾝的系统,⽤于获得数据并⽣成精确的数字
⾼程模型(DEM)。这三种技术的结合,可以⾼度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它⼜分为⽬前⽇臻成熟的⽤于获得
地⾯数字⾼程模型的地形激光雷达系统和已经成熟应⽤的⽤于获得数字⾼程模型的⽔⽂激光雷达系统,这两种系统的共同特点
都是利⽤激光进⾏探测和测量,这也正是激光雷达⼀词的英⽂原译,即:LIght Detection And Ranging - LIDAR。
激光本⾝具有⾮常精确的测距能⼒,其测距精度可达⼏个厘⽶,⽽LIDAR系统的精确度除了激光本⾝因素,还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商⽤GPS及IMU的发展,通过LIDAR从移动平台上(如在飞机上)获得
⾼精度的数据已经成为可能并被⼴泛应⽤。
LIDAR系统包括⼀个单束窄带激光器和⼀个接收系统。激光器产⽣并发射⼀束光脉冲,打在物体上并反射回来,最终被接收器
所接收。接被收器准确地测量光脉冲从发射到反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播,所以接收器总会在下⼀个脉冲发出
激光雷达技术
激光雷达(LiDAR,发音为莱达)机载激光雷达是一种主动式对地进行三维直接观察和测量的技术,因此我们可以使用它昼夜工作。随着计算机技术、GPS和其自身技术的发展和完善,机载激光雷达最近几年受到了越来越多的重视。
LiDAR(莱达)是从英文短语Light Detection And Ranging中提取出来的。我们望字生意,很容易把莱达(LiDAR)与雷达(RADAR)联系起来。而Light Detection And Ranging与Radiowave Detection And
Ranging确实是一对孪生兄弟。在雷达中,我们采用的是无线电波,而在莱达中,我们采用的是激光器发射的可见和近红外光波,在大气和环境研究中,也会采用其它波段的光波。因此,有时我们又将莱达称作激光雷达。
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。一部分光波会经过反射返回到到激光雷达的接收器中。接收器通常是一个光电倍增管或一个光电二极管,它将光信号转变为电信号,记录下来。同时由所配备的计时器记录下来同一个脉冲光信号由发射到被接收的时间T。
于是,就能够得到由飞机上的的激光雷达到地面上的目标物的距离R为: R = CT/2。这里C代表光速,是一个常数,即C=300,000公里/秒。
激光雷达每一个脉冲激光的最大距离分辨率(maximum range resolution)也可由以下公式给出:
⊿R = C/2·(tL+tN+tW) 这里,tL代表激光脉冲的长度,tN代表接收器电子器件的时间常数,tW代表激光与目标物体的碰撞时间常数。对于一个Q-开关的Nd:YAG激光器,它的脉冲常数是10纳秒,接收器电子器件的时间常数stN一般是50纳秒到200纳秒,激光与目标物体的碰撞时间常数tW较小,一般忽略不计。因此,距离分辨率⊿R一般在7.5米到30米。
激光准直原理
激光准直是激光技术中非常重要的一部分,它是指将激光束从发射源出来后,通过一系列的光学器件,使其直线传播并保持其直径不断减小的过程。激光准直的原理是基于光学器件对激光束进行调整和控制,使其在传播过程中保持一定的直径和方向。
激光准直的原理主要包括以下几个方面:
1. 激光发射源。
激光发射源是激光准直的起始点,它可以是激光二极管、固体激光器、气体激光器等。这些激光发射源会产生一束高度聚焦的激光束,但由于光学器件的限制,激光束往往会存在一定的散射角度和直径。
2. 准直镜。
准直镜是激光准直中最常用的光学器件之一,它可以将激光束进行调整,使其直线传播并减小其直径。准直镜通常由透镜或反射镜组成,通过镜面的曲率和表面处理,可以有效地调整激光束的方向和直径。
3. 调焦镜。
调焦镜是用来调整激光束的焦距和聚焦效果的光学器件,它可以使激光束在传播过程中保持一定的直径和焦点位置。通过调焦镜的调整,可以使激光束在远距离传播时保持一定的聚焦效果,从而实现远距离准直。
4. 光学系统。
除了准直镜和调焦镜外,激光准直还需要配合其他光学器件,如棱镜、光栅、偏振片等,来实现对激光束的精确控制和调整。光学系统的设计和优化对于激光准直的效果至关重要,它可以有效地改善激光束的质量和传播特性。 5. 控制系统。
激光准直还需要配合一套完善的控制系统,通过对光学器件的精确控制和调整,来实现对激光束的准直和调焦。控制系统可以采用手动控制或自动控制,通过精密的控制算法和反馈机制,可以实现对激光束的高度精准的调整和控制。
总结起来,激光准直的原理是基于光学器件对激光束进行调整和控制,使其在传播过程中保持一定的直径和方向。通过准直镜、调焦镜、光学系统和控制系统的配合,可以实现对激光束的精确控制和调整,从而实现远距离传播和高质量准直的效果。激光准直在激光通信、激光雷达、激光加工等领域有着广泛的应用,它对于提高激光系统的性能和稳定性具有重要意义。