雷射雷達相比傳統雷達,以精確的時間解析度、精準的空間解析度、超遠的探測距離等特點成為了先進的主動遙感工具,它的高精度測量功能使其可以達到精確測距、測速、跟蹤、探測等,在民用、軍用領域開始普遍使用,具有廣闊的發展前景。
什麼是雷射雷達?
雷射雷達以雷射束為信息載體,利用相位、振幅、頻率等來搭載信息,並將輻射源頻率提高到光頻段,能夠探測極微小的目標。它是現代光學的前沿技術,涉及到物理學的多個學科領域,融合了傳統雷達和現代雷射的優點,是一種主動遙感的先進技術產物。
雷射雷達可以為人類生活帶來哪些影響?
雷射雷達將雷射光學和大氣光學有效結合,協調融合了傳統雷達、光機電一體化和電算等前沿技術,對物理學的各大領域都有所涉及,是物理學的前沿應用技術之一。目前雷射雷達家族龐大,分類標準也很多,可以按搭載雷射器、功能用途、探測技術等標準進行不同的分類。
由於雷射雷達的解析度和靈敏度高、抗觀測背景的幹擾性強,能夠實現全天時觀測,可以廣泛應用在環境監測、地形測繪、高空探測、軍事應用、民用汽車等領域。
雷射雷達方向性強、相干性高、單色性強,在氣象領域發展迅速。可以用來偵測氣溶膠、空中雲霧、海洋和平流層風場、溫室氣體、溫溼度變化等,提供精確的實時數據,為空中飛行提供保障,為氣象研究、天氣預報和大氣模型建模提供數據依據,對全球氣候變遷、碳循環的研究和預測提供引導。比如,探測可吸入顆粒物和雲-氣溶膠濃度,可用後向散射雷射雷達;測量海洋風場、平流層風場的風切變、風速等信息,可用都卜勒雷射雷達,觀測溫室氣體和汙染氣體的濃度和分布,可用差分吸收雷達。
在海洋探測方面,雷射雷達的機載、船載平臺以及水下平臺,可以探測淺海以及海中的海浪動向、油汙汙染、油氣儲備等等。一般的雷射水深測量器常用於對淺海、難以航行水域、複雜島礁地區進行探測。如圖,空載的海洋雷射雷達能夠實現快速掃描,反饋分析後獲得詳細的淺海地貌,相比聲納測量技術,測量效率和測量質量都遠遠提高。
利用雷射雷達脈衝波的穿透性,可以對森林領域進行探索。通過分析脈衝波的回波波形數據,可以得到森林地形的三維結構,測算林木高度、冠層結構等重要參數,估算森林生物數量,還可以發覺地下墓冢、建築物等等,為其他林業研究、考古研究提供基礎數據。
雷射雷達方向性強、角分辨高、工作波短,能對距離、速度、角度等參量完成精確測量,且空間無大氣衰減和散射,雷射雷達的體積輕、重量小、能耗低,其在空間領域也得到了發展。近十年來,雷射雷達已在星體雷射測度儀、太空飛行器對接和著陸導航、飛行器成像等空間領域、航空器領域廣泛應用。
涉及軍事領域,雷射雷達可用於戰場監察、情報收集、障礙躲避、敵向探測、武器導航、精準打擊等。比如,利用雷射雷達的深水探測技術對潛艇、水雷等水下目標進行掃描、偵察。雷射雷達在軍事領域,不論是微觀的單兵定位,還是宏觀的戰場監控,都有其用武之地。
在汽車應用發麵,雷射雷達不僅精度高、可見範圍遠,也不怕霧雨天,自然成為無人駕駛汽車的靠譜之選。一般汽車選用的觀測工具為攝像頭或普通雷達(無線電雷達),攝像頭的精度高、可見範圍遠,但是害怕霧雨天;普通雷達不怕霧雨天,但是精度低、可見範圍短。而雷射雷達正綜合了二者的優點,可以在駕駛過程中360°無死角的掃描周圍環境。(白露,中國科協科學技術傳播中心高級工程師)
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