目 錄
第1章 緒論001
1.1 激光雷達(dá)的特點(diǎn)與分類002
1.1.1 激光雷達(dá)的特點(diǎn)002
1.1.2 激光雷達(dá)的分類003
1.2 激光雷達(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀004
1.2.1 國(guó)外激光雷達(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀004
1.2.2 國(guó)內(nèi)激光雷達(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀008
1.3 激光雷達(dá)的應(yīng)用009
1.3.1 空間探測(cè)激光雷達(dá)009
1.3.2 交會(huì)對(duì)接激光雷達(dá)010
1.3.3 大氣探測(cè)激光雷達(dá)010
1.3.4 測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)010
1.3.5 導(dǎo)航避障激光雷達(dá)011
1.3.6 無(wú)人駕駛車載激光雷達(dá)012
1.3.7 水下探測(cè)機(jī)載激光系統(tǒng)013
1.3.8 化學(xué)/生物戰(zhàn)劑探測(cè)激光雷達(dá)013
1.3.9 制導(dǎo)激光雷達(dá)014
1.4 激光雷達(dá)的主要技術(shù)與性能指標(biāo)015
1.4.1 技術(shù)指標(biāo)015
1.4.2 環(huán)境適應(yīng)性015
1.4.3 安全等級(jí)016
參考文獻(xiàn)017
第2章 激光雷達(dá)距離方程020
2.1 激光雷達(dá)距離方程的基本形式021
2.2 激光雷達(dá)距離方程的幾種應(yīng)用形式022
2.2.1 小目標(biāo)探測(cè)激光雷達(dá)距離方程022
2.2.2 擴(kuò)展目標(biāo)探測(cè)激光雷達(dá)距離方程022
2.2.3 線目標(biāo)探測(cè)激光雷達(dá)距離方程023
2.2.4 合作目標(biāo)探測(cè)激光雷達(dá)距離方程023
2.2.5 軟目標(biāo)探測(cè)激光雷達(dá)距離方程024
2.2.6 單光子探測(cè)激光雷達(dá)距離方程025
2.2.7 連續(xù)波激光雷達(dá)距離方程026
2.2.8 激光雷達(dá)信噪比方程026
2.3 激光雷達(dá)距離方程的主要影響因素027
2.3.1 激光光束特性027
2.3.2 目標(biāo)特性028
2.3.3 大氣衰減特性035
2.3.4 檢測(cè)能力037
參考文獻(xiàn)041
第3章 激光雷達(dá)發(fā)射機(jī)042
3.1 激光雷達(dá)發(fā)射機(jī)的構(gòu)成與主要功能043
3.2 激光雷達(dá)發(fā)射機(jī)的工作原理043
3.3 激光雷達(dá)發(fā)射機(jī)的總體設(shè)計(jì)045
3.3.1 光束特性參數(shù)045
3.3.2 電光效率049
3.3.3 環(huán)境適應(yīng)性050
3.3.4 熱控方式051
3.4 常用的激光雷達(dá)光源054
3.4.1 半導(dǎo)體激光器055
3.4.2 半導(dǎo)體泵浦固體激光器057
3.4.3 光纖激光器058
3.4.4 微片級(jí)激光雷達(dá)光源062
3.5 激光雷達(dá)發(fā)射機(jī)常用調(diào)制方法及原理068
3.5.1 電光調(diào)制069
3.5.2 聲光調(diào)制072
3.5.3 磁光調(diào)制074
3.5.4 直接調(diào)制075
3.5.5 空間光調(diào)制器076
3.6 激光雷達(dá)發(fā)射機(jī)波形設(shè)計(jì)076
3.6.1 振幅調(diào)制設(shè)計(jì)077
3.6.2 頻率調(diào)制設(shè)計(jì)077
3.6.3 相位調(diào)制設(shè)計(jì)078
3.6.4 脈沖調(diào)制設(shè)計(jì)079
參考文獻(xiàn)081
第4章 激光雷達(dá)接收機(jī)083
4.1 激光雷達(dá)接收機(jī)的構(gòu)成與主要功能084
4.2 激光雷達(dá)接收機(jī)的體制分類084
4.2.1 直接探測(cè)接收084
4.2.2 相干探測(cè)接收085
4.3 激光雷達(dá)接收機(jī)的工作原理086
4.3.1 直接探測(cè)接收機(jī)的工作原理086
4.3.2 相干探測(cè)接收機(jī)的工作原理087
4.4 激光雷達(dá)接收機(jī)的總體設(shè)計(jì)091
4.4.1 探測(cè)器特性參量091
4.4.2 接收系統(tǒng)的特性參量093
4.5 激光雷達(dá)接收機(jī)的設(shè)計(jì)096
4.5.1 直接探測(cè)接收的設(shè)計(jì)096
4.5.2 相干探測(cè)接收的設(shè)計(jì)101
參考文獻(xiàn)106
第5章 激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)108
5.1 基本概念109
5.1.1 F數(shù)或NA109
5.1.2 視場(chǎng)110
5.1.3 空間分辨率110
5.1.4 像差評(píng)價(jià)111
5.2 激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)111
5.3 激光雷達(dá)光學(xué)結(jié)構(gòu)的基本形式112
5.3.1 準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)112
5.3.2 半導(dǎo)體激光整形發(fā)射系統(tǒng)113
5.3.3 變波束發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)115
5.3.4 基于單點(diǎn)探測(cè)器的接收光學(xué)系統(tǒng)117
5.3.5 基于陣列探測(cè)器的接收光學(xué)系統(tǒng)117
5.3.6 基于四象限探測(cè)器的接收光學(xué)系統(tǒng)117
5.3.7 相干光體制接收光學(xué)系統(tǒng)118
5.4 激光雷達(dá)光束指向控制方式118
5.4.1 振鏡掃描119
5.4.2 快速反射鏡掃描120
5.4.3 光楔掃描121
5.4.4 MEMS掃描122
5.4.5 轉(zhuǎn)鼓掃描124
5.4.6 條紋管掃描125
5.4.7 相控陣掃描125
5.4.8 相控級(jí)聯(lián)掃描127
5.4.9 典型掃描體制的比較128
5.5 激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其他內(nèi)容129
5.5.1 背景光抑制129
5.5.2 雜散光的抑制131
5.5.3 光學(xué)增益改變方法132
5.5.4 瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡133
參考文獻(xiàn)133
第6章 激光雷達(dá)信息處理機(jī)135
6.1 激光雷達(dá)信息處理機(jī)的構(gòu)成與主要功能136
6.2 激光雷達(dá)信息處理機(jī)的工作原理137
6.2.1 測(cè)時(shí)原理137
6.2.2 測(cè)頻原理139
6.2.3 測(cè)角原理140
6.2.4 成像原理140
6.2.5 強(qiáng)度測(cè)量原理142
6.3 激光雷達(dá)信息處理機(jī)的設(shè)計(jì)143
6.3.1 總體設(shè)計(jì)143
6.3.2 方案設(shè)計(jì)144
6.4 激光雷達(dá)信息處理機(jī)的數(shù)據(jù)處理147
6.4.1 距離信息處理147
6.4.2 頻率信息處理154
6.4.3 成像與顯示處理158
6.4.4 強(qiáng)度信息處理159
6.5 激光雷達(dá)點(diǎn)云處理160
6.5.1 點(diǎn)云濾波161
6.5.2 點(diǎn)云分割162
6.5.3 目標(biāo)識(shí)別163
參考文獻(xiàn)164
第7章 交會(huì)對(duì)接激光雷達(dá)166
7.1 交會(huì)對(duì)接激光雷達(dá)概述167
7.1.1 主要特點(diǎn)167
7.1.2 主要應(yīng)用168
7.1.3 主要功能169
7.1.4 主要性能指標(biāo)170
7.2 交會(huì)對(duì)接激光雷達(dá)的組成170
7.2.1 合作目標(biāo)171
7.2.2 激光雷達(dá)主機(jī)171
7.2.3 系統(tǒng)軟件176
7.3 交會(huì)對(duì)接激光雷達(dá)的工作原理177
7.3.1 坐標(biāo)系定義178
7.3.2 跟蹤測(cè)量原理179
7.4 交會(huì)對(duì)接激光雷達(dá)的工作方式181
7.4.1 捕獲182
7.4.2 跟蹤182
7.4.3 掃描成像183
7.4.4 目標(biāo)切換與識(shí)別183
7.5 交會(huì)對(duì)接激光雷達(dá)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)184
7.5.1 安全性184
7.5.2 可靠性185
7.5.3 測(cè)量體制188
7.5.4 掃描方式189
7.6 交會(huì)對(duì)接激光雷達(dá)系統(tǒng)的校準(zhǔn)與測(cè)試191
7.6.1 角度與距離的校準(zhǔn)192
7.6.2 角度與距離的測(cè)試193
參考文獻(xiàn)194
第8章 環(huán)境感知激光雷達(dá)195
8.1 環(huán)境感知激光雷達(dá)的特點(diǎn)196
8.1.1 感知對(duì)象196
8.1.2 主要應(yīng)用196
8.1.3 主要功能197
8.1.4 主要性能指標(biāo)198
8.2 環(huán)境感知激光雷達(dá)的組成199
8.2.1 系統(tǒng)組成199
8.2.2 激光發(fā)射系統(tǒng)200
8.2.3 光學(xué)天線200
8.2.4 多通道接收201
8.2.5 數(shù)據(jù)采集與處理201
8.2.6 圖像處理與顯示201
8.3 環(huán)境感知激光雷達(dá)的工作方式202
8.3.1 三維成像探測(cè)202
8.3.2 環(huán)境信息生成203
8.3.3 障礙物檢測(cè)204
8.3.4 安全路徑規(guī)劃205
8.4 環(huán)境感知激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)206
8.4.1 激光波段選擇206
8.4.2 高密度成像設(shè)計(jì)208
8.4.3 高速成像設(shè)計(jì)209
8.4.4 抗干擾設(shè)計(jì)211
8.5 環(huán)境感知激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理212
8.5.1 感知范圍212
8.5.2 標(biāo)定214
8.5.3 多激光雷達(dá)數(shù)據(jù)融合216
8.5.4 目標(biāo)識(shí)別219
參考文獻(xiàn)220
第9章 測(cè)繪激光雷達(dá)222
9.1 測(cè)繪激光雷達(dá)的特點(diǎn)223
9.1.1 主要特點(diǎn)223
9.1.2 主要應(yīng)用223
9.1.3 主要功能224
9.1.4 主要性能224
9.2 測(cè)繪激光雷達(dá)的組成225
9.2.1 系統(tǒng)組成225
9.2.2 三維激光掃描儀226
9.2.3 GPS227
9.2.4 GNSS227
9.2.5 照相機(jī)228
9.3 測(cè)繪激光雷達(dá)的工作原理228
9.3.1 坐標(biāo)系定義228
9.3.2 幾何模型229
9.3.3 同步工作原理229
9.4 測(cè)繪激光雷達(dá)的工作流程231
9.4.1 測(cè)繪規(guī)劃231
9.4.2 多器件標(biāo)定231
9.4.3 系統(tǒng)標(biāo)校的原理232
9.4.4 數(shù)據(jù)采集232
9.4.5 數(shù)據(jù)處理233
9.5 測(cè)繪激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)239
9.5.1 機(jī)載測(cè)繪激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)239
9.5.2 車載測(cè)繪激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)244
9.6 測(cè)繪激光雷達(dá)的評(píng)價(jià)247
9.6.1 高程精度的評(píng)價(jià)247
9.6.2 平面精度的評(píng)價(jià)247
參考文獻(xiàn)248
第10章 測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)250
10.1 測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的特點(diǎn)251
10.1.1 主要特點(diǎn)251
10.1.2 主要應(yīng)用252
10.1.3 主要功能254
10.1.4 主要性能指標(biāo)255
10.2 測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的組成256
10.2.1 直接探測(cè)體制測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的組成256
10.2.2 相干探測(cè)體制測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的組成257
10.3 測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的工作原理259
10.3.1 直接探測(cè)體制測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的工作原理259
10.3.2 相干探測(cè)體制測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的工作原理263
10.4 測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的工作方式265
10.4.1 平面位置測(cè)量（PPI模式）265
10.4.2 距離高度測(cè)量（RHI模式）266
10.4.3 風(fēng)廓線測(cè)量266
10.4.4 飛機(jī)下滑道測(cè)量267
10.5 測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)268
10.5.1 直接探測(cè)體制測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)268
10.5.2 相干探測(cè)體制測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)272
參考文獻(xiàn)284
第11章 化學(xué)/生物戰(zhàn)劑探測(cè)激光雷達(dá)285
11.1 化學(xué)/生物戰(zhàn)劑探測(cè)裝備的功能要求286
11.2 常規(guī)的化學(xué)/生物戰(zhàn)劑探測(cè)方法286
11.3 化學(xué)/生物戰(zhàn)劑探測(cè)激光雷達(dá)的工作原理和系統(tǒng)組成287
11.3.1 工作原理288
11.3.2 系統(tǒng)組成292
11.4 化學(xué)/生物戰(zhàn)劑探測(cè)激光雷達(dá)的主要分系統(tǒng)294
11.4.1 激光器294
11.4.2 光學(xué)系統(tǒng)298
11.4.3 激光探測(cè)接收301
11.4.4 數(shù)據(jù)處理與戰(zhàn)劑識(shí)別304
11.5 化學(xué)/生物戰(zhàn)劑探測(cè)激光雷達(dá)的指標(biāo)體系和主要指標(biāo)論證305
11.5.1 總體指標(biāo)306
11.5.2 分系統(tǒng)指標(biāo)306
11.5.3 主要參數(shù)選擇308
11.5.4 主要指標(biāo)論證313
11.6 化學(xué)/生物戰(zhàn)劑探測(cè)激光雷達(dá)的應(yīng)用系統(tǒng)研制313
11.7 化學(xué)/生物戰(zhàn)劑探測(cè)激光雷達(dá)的發(fā)展方向316
參考文獻(xiàn)317
第12章 激光雷達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)319
12.1 引言320
1