激光雷達(dá)：有源電光傳感技術(shù)展望

網(wǎng)訊：有源電光傳感系統(tǒng)利用激光發(fā)射的傳輸光場與遠(yuǎn)處物體相互作用，接收系統(tǒng)檢測帶有物體信息的散射光。因此，有源電光傳感系統(tǒng)類似于微波雷達(dá)系統(tǒng)，不同點在于可以工作在電磁波譜的可見光和紅外區(qū)域。由于可見光和紅外的波長較短，有源電光系統(tǒng)比雷達(dá)系統(tǒng)具有較高的角度分辨率和精度范圍。與無源電光系統(tǒng)相比，又具有控制照明的優(yōu)勢，例如，控制照明可以使有源電光傳感系統(tǒng)在白天或者夜間在短波段工作，又可以很好地控制陰影效應(yīng)。因此，有源電光傳感系統(tǒng)與微波雷達(dá)相比具有良好的分辨率，與無源電光系統(tǒng)相比有照明優(yōu)勢。

　　這些功能結(jié)合在一起使得其應(yīng)用于新型獨特的可操作重要商業(yè)、軍事和情報領(lǐng)域。一個理想應(yīng)用的例子是與雷達(dá)影像相比其提供的影像更接近于人眼觀察到的影像，但是在距離方面又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了無源電光感應(yīng)系統(tǒng)。三維地圖是有源電光傳感的一項重要商業(yè)和軍事應(yīng)用，其提供的關(guān)鍵信息是現(xiàn)有替代技術(shù)所不能提供的。預(yù)計有源電光傳感測量提供的全球性、三維數(shù)據(jù)庫將會支撐民用、商用和軍用需求的各種類型的組織地理空間信息。有源電光傳感系統(tǒng)潛在的科研、商業(yè)、軍事轉(zhuǎn)型應(yīng)用是來自太空的風(fēng)向和速度的精確映射，使天氣預(yù)報更加準(zhǔn)確，為飛機(jī)提供更高效的飛行路線，提高遠(yuǎn)程武器的精確度。另外一個實例是物美價廉的3D圖像為引導(dǎo)無人駕駛汽車或控制機(jī)器人提供必要的信息。有源電光傳感非常適合高敏感振動檢測，可以判斷功率是否流過變壓器或液體是否流過管道或遠(yuǎn)程遙控車載多少液壓缸以及是否需要補(bǔ)給。

　　下面節(jié)選委員會給出的主要結(jié)論和建議：

　　結(jié)論1-1：有源電光傳感利用照明控制實現(xiàn)無源電光傳感無法實現(xiàn)的測量。利用照明控制包括其相干特性。

　　結(jié)論1-2：有源電光傳感提供了許多雷達(dá)具有的控制照明優(yōu)勢，工作在更短波段，更大范圍精度和角分辨率以及更多的文字可解釋性。

　　結(jié)論2-18：有源電光傳感有望顯著改變商業(yè)、軍事和情報業(yè)務(wù)，正如雷達(dá)在過去七十年所作的貢獻(xiàn)。

　　傳統(tǒng)雷達(dá)和有源電光傳感之間的接近類比可以作為有源電光傳感發(fā)展路線的指南。雷達(dá)作為第二次世界大戰(zhàn)發(fā)明的改變游戲規(guī)則的技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟，以新穎方式客服了各種限制，激增了范圍更廣的軍事和商業(yè)應(yīng)用。雷達(dá)開發(fā)出來的很多種技術(shù)都與有源電光傳感相類似，如先進(jìn)波形合成孔徑成像漸漸地被有源電光傳感所應(yīng)用。

　　光學(xué)有源電光傳感有兩種主要類型：1) 直接檢測，直測量返回信號的強(qiáng)度；2)外差或相干檢測，測量返回信號的電磁場，包括相位和強(qiáng)度。直接檢測可以生成類似于無源電光傳感的傳統(tǒng)二維灰度圖像，而有源電光傳感產(chǎn)生的二維灰度圖像可以提高額外的自由度，類似于無源電光傳感的增強(qiáng)功能，也就是說，增強(qiáng)偏振度、顏色、時間調(diào)制。不同點在于有源傳感器使用照明控制(定時、波形、頻譜特性、偏振等)，受控照明的一種結(jié)果是利用光速測量距離，利用時鐘測量往返時間，這樣很容易創(chuàng)建一個區(qū)域的3D 圖像，如圖1 所示。

　　相同的時鐘可以控制檢測器的開關(guān)，因此，只有物體附件范圍的后向散射被觀察到，也就是說在能力范圍內(nèi)解決目標(biāo)，只要足夠照明達(dá)到目標(biāo)并返回到傳感器，范圍內(nèi)輸出干預(yù)散射。在目標(biāo)前/后消除散射和混亂是有源電光傳感的一項重要功能(如圖2 所示)。