激光雷達數據獲取相關知識點總結

激光雷達定義:

工作在紅外和可見光波段的,以激光爲工作光束的雷達稱爲激光雷達。它由激光發射機、光學接收機、轉檯和信息處理系統等組成,激光器將電脈衝變成光脈衝發射出去,光接收機再把從目標反射回來的光脈衝還原成電脈衝,送到顯示器。

激光雷達是以發射激光束探測目標的位置、速度等特徵量的雷達系統。從工作原理上講,與微波雷達沒有根本的區別:向目標發射探測信號(激光束),然後將接收到的從目標反射回來的信號(目標回波)與發射信號進行比較,作適當處理後,就可獲得目標的有關信息,如目標距離、方位、高度、速度、姿態、甚至形狀等參數,從而對飛機、導彈等目標進行探測、跟蹤和識別。

LiDAR(Light Detection and Ranging),是激光探測及測距系統的簡稱,另外也稱Laser Radar或LADAR(Laser Detection and Ranging)

一百年以來,立體攝影測量stereophotogrammetry利用立體像對建立立體模型進行的攝影測量)仍然是獲取地面三維數據最精確和最可靠的技術,是國家基本比例尺地形圖測繪的重要技術。

空中三角測量是立體攝影測量中,根據少量的野外控制點,在室內進行控制點加密,求得加密點的高程和平面位置的測量方法。其主要目的是爲缺少野外控制點的地區測圖提供絕對定向的控制點。

LIDAR系統包括一個單束窄帶激光器和一個接收系統。激光器產生併發射一束光脈衝,打在物體上並反射回來,最終被接收器所接收。接收器準確地測量光脈衝從發射到被反射回的傳播時間。因爲光脈衝以光速傳播,所以接收器總會在下一個脈衝發出之前收到前一個被反射回的脈衝。鑑於光速是已知的,傳播時間即可被轉換爲對距離的測量。結合激光器的高度,激光掃描角度,從GPS得到的激光器的位置和從INS得到的激光發射方向,就可以準確地計算出每一個地面光斑的座標X,Y,Z。激光束髮射的頻率可以從每秒幾個脈衝到每秒幾萬個脈衝。舉例而言,一個頻率爲每秒一萬次脈衝的系統,接收器將會在一分鐘內記錄六十萬個點。一般而言,LIDAR系統的地面光斑間距在2-4m不等。

回波,是指通過不同於正常路徑的其他途徑而到達給定點上的信號。

微波雷達微波是波長很短的無線電波,微波的方向性很好,速度等於光速。微波遇到車輛立即被反射回來,再被雷達測速計接收。這樣一來一回,不過幾十萬分之一秒的時間,數碼管上就會顯示出所測車輛的車速。雷達或微波乃是類似廣播傳送器所發出的電波,只不過頻率較高出許多。當人物或物體在微波的 感應範圍內移動時,便會啓動感應器。

激光雷達的特點
與普通微波雷達相比,激光雷達由於使用的是激光束,工作頻率較微波高了許多,因此帶來了很多特點,主要有:
(1)分辨率高
激光雷達可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率。通常角分辨率不低於0.1mard也就是說可以分辨3km距離上相距0.3m的兩個目標(這是微波雷達無論如何也辦不到的),並可同時跟蹤多個目標;距離分辨率可達0.lm;速度分辨率能達到10m/s以內。距離和速度分辨率高,意味着可以利用距離——多譜勒成像技術來獲得目標的清晰圖像。分辨率高,是激光雷達的最顯著的優點,其多數應用都是基於此。
(2)隱蔽性好、抗有源干擾能力強
激光直線傳播、方向性好、光束非常窄,只有在其傳播路徑上才能接收到,因此敵方截獲非常困難,且激光雷達的發射系統(發射望遠鏡)口徑很小,可接收區域窄,有意發射的激光干擾信號進入接收機的概率極低;另外,與微波雷達易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同,自然界中能對激光雷達起干擾作用的信號源不多,因此激光雷達抗有源干擾的能力很強,適於工作在日益複雜和激烈的信息戰環境中。
(3)低空探測性能好
微波雷達由於存在各種地物回波的影響,低空存在有一定區域的盲區(無法探測的區域)。而對於激光雷達來說,只有被照射的目標纔會產生反射,完全不存在地物回波的影響,因此可以"零高度"工作,低空探測性能較微波雷達強了許多。
(4)體積小、質量輕
通常普通微波雷達的體積龐大,整套系統質量數以噸記,光天線口徑就達幾米甚至幾十米。而激光雷達就要輕便、靈巧得多,發射望遠鏡的口徑一般只有釐米級,整套系統的質量最小的只有幾十公斤,架設、拆收都很簡便。而且激光雷達的結構相對簡單,維修方便,操縱容易,價格也較低。
激光雷達的缺點
首先,工作時受天氣和大氣影響大。激光一般在晴朗的天氣裏衰減較小,傳播距離較遠。而在大雨、濃煙、濃霧等壞天氣裏,衰減急劇加大,傳播距離大受影響。如工作波長爲10.6μm的co2激光,是所有激光中大氣傳輸性能較好的,在壞天氣的衰減是晴天的6倍。地面或低空使用的co2激光雷達的作用距離,晴天爲10—20km,而壞天氣則降至1 km以內。而且,大氣環流還會使激光光束髮生畸變、抖動,直接影響激光雷達的測量精度。
其次,由於激光雷達的波束極窄,在空間搜索目標非常困難,直接影響對非合作目標的截獲概率和探測效率,只能在較小的範圍內搜索、捕獲目標,因而激光雷達較少單獨直接應用於戰場進行目標探測和搜索。
波束是指由衛星天線發射出來的電磁波在地球表面上形成的形狀(比如說像手電筒向黑暗處射出的光束。)

其他:波束是指由衛星天線發射出來的電磁波在地球表面上形成的形狀(比如說像手電筒向黑暗處射出的光束。)
直升機在進行低空巡邏飛行時,極易與地面小山或建築物相撞。爲此,研製能規避地面障礙物的直升機機載雷達是人們夢寐以求的願望。目前,這種雷達已在美國、德國和法國獲得了成功。

——JK.

波束是指由衛星天線發射出來的電磁波在地球表面上形成的形狀(比如說像手電筒向黑暗處射出的光束。)
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