激光雷達介紹

工作在紅外和可見光波段的，以激光為工作光束的雷達稱為激光雷達。它由激光發射機、光學接收機、轉(zhuan)台(tai)和(he)信(xin)息(xi)處(chu)理(li)係(xi)統(tong)等(deng)組(zu)成(cheng)

，激(ji)光(guang)器(qi)將(jiang)電(dian)脈(mai)衝(chong)變(bian)成(cheng)光(guang)脈(mai)衝(chong)發(fa)射(she)出(chu)去(qu)，光(guang)接(jie)收(shou)機(ji)再(zai)把(ba)從(cong)目(mu)標(biao)反(fan)射(she)回(hui)來(lai)的(de)光(guang)脈(mai)衝(chong)還(hai)原(yuan)成(cheng)電(dian)脈(mai)衝(chong)，送(song)到(dao)顯(xian)示(shi)器(qi)。激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)能(neng)精(jing)確(que)測(ce)量(liang)目(mu)標(biao)位(wei)置(zhi)（距離和角度）、運動狀態（速度
、振動和姿態）和形狀，探測、識別

、分辨和跟蹤目標。激光雷達采用脈衝或連續波2種工作方式

，探測方法按照探測的原理不同可以分為米散射、瑞利散射

、拉曼散射
、布裏淵散射、熒光、多普勒等激光雷達。

大氣激光雷達介紹

大(da)氣(qi)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)顧(gu)名(ming)思(si)義(yi)就(jiu)是(shi)通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)來(lai)實(shi)現(xian)對(dui)大(da)氣(qi)的(de)探(tan)測(ce)。國(guo)外(wai)通(tong)過(guo)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)對(dui)大(da)氣(qi)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)開(kai)展(zhan)的(de)比(bi)較(jiao)早(zao)
，目(mu)前(qian)已(yi)建(jian)有(you)多(duo)個(ge)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)觀(guan)測(ce)站(zhan)，其(qi)中(zhong)包(bao)括(kuo)意(yi)大(da)利(li)那(na)不(bu)勒(le)斯(si)觀(guan)測(ce)站(zhan)、美國激光雷達觀測站、印度尼西亞斯馬特拉島觀測站等。其中
，美國對空基激光雷達在大氣檢測方麵的應用較為成熟，1994 年9 月

，美國利用“發現號”航天飛機搭載激光雷達發射成功，完成了世界上第一次激光雷達空間技術實驗（Lidar Inspace Technology Experience，LITE）；又於2000nianhoufashelewukedazaijiguangleidayiqideweixing，weidiqiukexuetigongledaliangdexiangguanshuju。eluosiyanzhileyizhongyuanjulidimiandejiguangleidaduqibaojingxitong，zheyixitongshitongguoduiqirongjiaodetexingyanjiuhuodede，tongguoduihuaxuedujideshishitance，congerquedingdujiqirongjiaoyundelidigaodu、中心厚度以及斜距離等相關參數，從而為人們提供預警。此外
，德國也研製出了一種可發出40 個不同頻率激光的連續波CO2 激光雷達，可識別和探測9~11 μm 波段光譜能量的化學戰劑，可為大氣環境的檢測提供有效的數據。與此同時，國內對激光雷達的應用和研究也在迅猛發展，20 世紀六七十年代
，中國科學院大氣物理所在周秀驥院士、呂達仁院士、趙zhao燕yan曾zeng研yan究jiu員yuan等deng主zhu持chi下xia成cheng功gong研yan製zhi出chu了le我wo國guo第di一yi台tai米mi散san射she激ji光guang雷lei達da
，同tong時shi開kai展zhan了le有you關guan雲yun和he氣qi溶rong膠jiao特te性xing的de探tan測ce工gong作zuo。隨sui著zhe激ji光guang雷lei達da在zai大da氣qi檢jian測ce方fang麵mian應ying用yong的de不bu斷duan發fa展zhan，目mu前qian我wo國guo已yi經jing建jian立li了 12個沙chenbaochangqiguancezhan。suizheyingyongdebuduankuoda
，guoneiyiyouxuduodanweikaishiyunyongjiguangleidaxitongjinxingdaqicanshudetanceyanjiu，ruanhuiguangxuejingmijixieyanjiusuo
、中國海洋大學、中國科學技術大學、上海光學精密機械研究所
、武漢大學、蘭州大學等。像國內某大氣顆粒物監測激光雷達就采用波長532 nm線偏振激光對大氣顆粒物進行遙感探測。雷達通過對532 nm垂直和水平偏振信號的探測
，解析大氣消光係數
、退偏振比廓線、邊界層高度

、光學厚度等參數，進而可獲取大氣顆粒物時空分布特征、汙染層時空變化
、顆粒物輸送和沉降等信息。

激光雷達監測環境大氣的工作原理

   激(ji)光(guang)器(qi)發(fa)射(she)激(ji)光(guang)脈(mai)衝(chong)，與(yu)大(da)氣(qi)中(zhong)的(de)氣(qi)溶(rong)膠(jiao)及(ji)各(ge)種(zhong)成(cheng)分(fen)作(zuo)用(yong)後(hou)產(chan)生(sheng)後(hou)向(xiang)散(san)射(she)信(xin)號(hao)
，係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)探(tan)測(ce)器(qi)接(jie)收(shou)回(hui)波(bo)信(xin)號(hao)，並(bing)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)分(fen)析(xi)，從(cong)而(er)得(de)到(dao)所(suo)需(xu)的(de)大(da)氣(qi)物(wu)理(li)要(yao)素(su)



，具(ju)體(ti)原(yuan)理(li)如(ru)下(xia)圖(tu)所(suo)示(shi)。

數據采集卡需求

l  采樣率：20MS/s-60MS/s；

l  精度：16bit；

l  通道數：2-4通道；

l  數據需累加平均
；

l  支持多次觸發，連續存儲；

l  需持續運行，產品要求穩定可靠

解決方案

   激光雷達需要長期實時監測
，對采集卡性能穩定性、功耗、同步性能、通道數、信噪比要求都比較高。北京熠新科技代理的德國Spectrum的m2i.49係列采集卡剛好符合激光雷達應用要求
，該係列卡采樣率最高能到60MS/s，最多支持8通道同步采集
，精度為16bit
，相比市麵上大多數12bit或14bit采集卡
，能分辨出更細膩的信號，同時，該采集卡自身信噪比水平控製得非常好。這都是Spectrum數據采集卡非常適合大氣激光雷達應用的一個重要原因。