發表於 2017-12-11 18:56:27
根據探測技術的不同，雷射雷達可以分為直接探測型和相干探測型兩種。 其中直接探測型雷射雷達採用脈衝振幅調製技術（AM），且不需要幹涉儀。相干探測型雷射 雷達可用外差幹涉，零拍幹涉或失調零拍幹涉，相應的調諧技術分別為脈衝振幅調製，脈衝頻率調製（FM）或混合調製。
按照不同功能，雷射雷達可分為跟蹤雷達，運動目標指示雷達，流速 測量雷達，風剪切探測雷達，目標識別雷達，成像雷達及振動傳感雷達。
雷射雷達最基本的工作原理與無線電雷達沒有區別，即由雷達發射系 統發送一個信號，經目標反射後被接收系統收集，通過測量反射光的運行時間而確定目標的距離。至於目標的徑向速度，可以由反射光的都卜勒頻移來確定，也可以 測量兩個或多個距離，並計算其變化率而求得速度，這是、也是直接探測型雷達的基本工作原理。由此可以看出，直接探測型雷射雷達的基本結構與雷射測距機頗為 相近，相干探測型雷射雷達又有單穩與雙穩之分，在所謂單穩系統中，發送與接收信號共同在所謂單穩態系統中，發送與接收信號共用一個光學孔徑。並由發射/接 收（T/R）開頭隔離。T/R開關將發射信號送往輸出望遠鏡和發射掃描系統進行發射，信號經目標反射後進入光學掃描系統和望遠鏡，這時，它們起光學接收的 作用。T/R開關將接收到的輻射送入光學混頻器，所得拍頻信號由成像系統聚焦到光敏探測器，後者將光信號變成電信號，並由高通濾波器將來自背景源的低頻成 分及本機振蕩器所誘導的直流信號統統濾除。最後高頻成分中所包含的測量信息由信號和數據處理系統檢出。雙穩系統的區別在於包含兩套望遠鏡和光學掃描部 件，T/R開關自然不再需要，其餘部分與單穩系統的相同。
美國國防部最初對雷射雷達的興趣與對微波雷達的相似，即側重於對 目標的監視、捕獲、跟蹤、毀傷評（SATKA）和導航。然而，由於微波雷達足以完成大部分毀傷評估和導航任務，因而導致軍用雷射雷達計劃集中於前者不能很 好完成的少量任務上，例如高精度毀傷評估，極精確的導航修正及高解析度成像。較早出現的一種雷射雷達稱為「火池」，它是由美國麻省理工學院的林肯實驗室投 資，於60年代末研製的。70年代初，林肯實驗室演示了火池雷達精確跟蹤衛星，獲得都卜勒影像的能力。80年代進行的實驗證明，這種CO2雷射雷達可以穿 透某些煙霧，識破偽裝，遠距離捕獲空中目標和探測化學戰劑。發展到80年代末的火池雷射雷達，採用一臺高穩定CO2雷射振蕩器作為信號源，經一臺窄帶 CO2雷射放大器放大，其頻率則由單邊帶調製器調製。另有工作於藍-綠波段的中功率氬離子雷射與上述雷達波束複合，用於對目標進行角度跟蹤，而雷達波束的 功能則是收集距離――都卜勒影像，實時處理並加以顯示。兩束波均由一個孔徑為1.2M的望遠鏡發射並接收。據報導，美國戰略防禦局和麻省理工學院的研究人 員於1990年3月用上述裝置對一枚從維吉尼亞大西洋海岸發射的探空火箭進行了跟蹤實驗。在二級點火後6分鐘，火箭進入亞軌道，即爬升階段，並拋出其有效 負載，即一個形狀和大小均類似於彈道飛彈再入飛行器的可充氣氣球。該氣球有氣體推進器以提供與再入飛行器和誘餌的物理結構相一致的動力學特性。目標最初由 L波段跟蹤雷達和X波段成像雷達進行跟蹤。並將這些雷達傳感器取得的數據交給火池雷射雷達，後者成功地獲得了距離約800千米處目標的像。據1991年5 月的《防衛電子學》報導，美國空軍和海軍當時正在研製「先進技術雷射雷達系統（ATLAS）」。該系統擬裝在巡航飛彈上，用CO2雷射和新型紅外雷達將巡 航飛彈引向目標。此項計劃由設在佛羅裡達州伊格林空軍基地的萊特研究所先進位導部主管，主承包商麥道公司和通用動力公司康威爾分部各自按照1500萬美元 的合同研製AGM-130或巡航飛彈型武器。海軍發言人雷上尉當時稱計劃在1992年財政年度對ATLAS以吊艙結構進行飛行試驗；1992年，位於加利 福尼亞州的休斯公司光電與數據系統研究組已研製成功一種先進的CO2雷射雷達，並將其作為ATLAS計劃的一部分，交付主承包商通用動力公司康威爾分部。 1992年6月的《光子學》和7月的《防衛電子學》對此相繼作了報導。為了演示雷射雷達的功能，康威爾分部將其與有關的信號處理電子設備以及制導系統的其 他部件。即處理機，導航傳感器和測試儀器等一起裝入吊艙，吊掛在康威爾分部的試驗噴氣飛機上，在伊格林試驗場針對目標進行飛行，雷射雷達提供了目標區域的 高解析度三維圖像。此後，又進行了多種空對地武器的導航，末端瞄準和精密尋的導引試驗，充分顯示出該雷射雷達用於飛彈制導的很多獨特的優點。軍事上常常希 望飛機低空飛行，但飛機飛行的最低高度受到機上傳感器探測小型障礙物能力的限制。且不說阻塞氣球線這樣的對抗設施，在60米以下，各種動力線，高壓線鐵 塔，桅杆、天線拉線這樣的小障礙物也有明顯的危險性。現有的飛機傳感器，從人眼到雷達，均難以事先發現這些危險物，這種情況，在夜間和惡劣天氣條件下尤其 突出。而掃描型雷射雷達因其具有高的角解析度，故能實時形成這些障礙物有效的影像，提供適當的預警。
據1993年5月出版的《軍事技術》報導，在法國政府和英國政府 的倡議下，由法國達索電子公司和英國GEC-馬可尼航空電子學公司雷達系統分部組成的聯合體研製出一種緊湊的雷射雷達（CLARA）。其主要功能即是發現 飛機航線上有危險的障礙物。並顯示給駕駛員，且不論白天、黑夜及天氣的好壞，均能對前面所提到的各種障礙物進行實時探測、分類和顯示。選用的工作波長不受 陽光的影響，有良好的穿透煙、霧的特性。為了保證飛機轉彎時始終提供適當的警戒，傳感器採用了大視場。緊湊雷射雷達的另一功能是進行地形跟蹤和目標確定， 這要求系統能實現處理飛機前方地形的回波，以產生飛行控制指令。
緊湊雷射雷達由三部分組成，即傳感器頭，掃描器及信號與數據處理 器。傳感器頭的核心是雷射器組件與探測器組件，前者包括兩臺CO2雷射器，一臺提供脈衝或連續波發射光束；另一臺是小功率本機振蕩器，用於與回波進行外差 相干。而探測器組件則為寬波段紅外探測器上光學元件的組合，並採用超低溫冷卻，以減小量子噪聲，提高探測靈敏度。探測器將光信號轉換為電信號，送往信號處 理器進行處理，掃描器的核心是陀螺穩定的雙反射鏡及其他可旋轉光學部件，要求能適應不同的工作模式。
在障礙物告警模式下，首先要找到目標的大致方位，因而無需很多的 解析度，但必須有較大的掃描視場；與此相反，在瞄準模式下，目標的大致位置已知，因此無需很大的掃描視場，但要求有很高的距離和視角解析度，並能以高精度 跟蹤所選目標。
信號與數據處理的核心是數位訊號處理器和微處理器。其功能是執行 複雜的目標探測及識別運算，並存儲每個重要的信息。此外，處理器必須與CLARA的其他分系統接口，以實現工作模式的控制與機內檢測。所用軟體採用高級語 言編程。該系統在英國是安裝在固定翼飛機上飛行，而在法國還要在旋轉翼飛機上試驗。為便於在固定翼飛機或直升機上吊掛。整個CLARA系統安裝在一個吊艙 內，吊艙的前部包括光具座和處理器，後部裝有自主式環境調節裝置，其餘大部分部件則安裝在吊艙中部，據最新文獻報導，達索公司，GEC-馬可尼公司，馬可 尼義大利公司和蔡司公司又聯合研製了一種用於直升機障礙物報警的Eloise雷射雷達，可提前10秒鐘對直徑為5mm的纜線報警，並具有地形導航功能。
以上介紹的幾種雷射雷達有一個共同的特點，即都是以CO2雷射器 為波束源，這些雷射器採用高功率射頻泵浦，需要高電壓和強致冷，其結果是雷達系統體積龐大，價格昂貴，而且可靠性也比較差。相比之下，半導體雷射器泵浦的 固體雷射系統，尺寸和價格均可低達相同功率CO2雷射束系統的十分之一，且具有更高的可靠性。近10年左右的時間裡，半導體雷射技術本身及二極體泵浦固體 雷射技術均有了飛速發展，使固體雷射作為雷射雷達的輻射源成為可能。於是很多有影響的公司都將相當大的注意力投向固體雷射雷達。洛拉爾-沃特公司多年來一 直從事雷射雷達的研究。1992年4月，該公司在「錫斯納」412飛機上試驗固體雷射雷達樣機，據稱，這是這種系統首次進行飛行試驗。穩定的裝置將光學發 射接收機，相關的電子系統組合成一個組件，長度和直徑均為203mm，重量僅5.5kg。系統採用近紅外波長運轉的固體雷射器，由GaAs二極體雷射泵 浦，不需要進行冷卻。帶有實時自動目標識別的樣機，1992年也進行了飛行試驗。洛拉爾-沃特公司經多年努力，開發了自動目標識別算法。據稱，這種算法可 以區分坦克和卡車，識別單個坦克的類型。另一方面，休斯公司丹伯利分部還在努力製造能在室溫工作的二極體固體雷射陣列。據稱，這將進一步減少甚至取消對致 冷的需要。曾經開發了以CO2雷射器為輻射源的相干光雷達機載切變傳感器的洛克希德公司，在美國國家航空航天管理局的提議下，也用更可靠和性能更好的2微 米波長固體雷射器代替了CO2雷射器。
洛克希德公司新的CLASS系統於1993年秋季在美國國家航航 天管理局位於哈卜頓的朗雷研究中心進行了飛行試驗，裝載飛機為波音-737。該公司的高級科學家塔戈說：「2微米固體雷射器尺寸更小，價格更廉，質量更 小，性能更優，它是未來之波」。總之，雷射雷達已經歷了約30年的發展過程，迄今種類繁多。
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