[01214982]单频高功率面阵LIDAR系统关键技术的研究

1. 课题来源与背景 本课题来源于广西科学研究与技术开发计划项目,由桂科计字【2014】123号文件,于2014年下达,合同编号为桂科合14123001-4。目前商业化的激光雷达都是采用单点发射、单点接收的方式, 并且需要配合扫描装置才能成像。这种成像模式不仅体积庞大,还降低了成像速度,极大的限制了它的使用范围。为了解决这些不足,出现了面阵式激光雷达的概念,通常被称为闪测雷达（Flash LIDAR）,这种激光雷达无需扫描装置、发射单个激光脉冲即可形成一幅由多点阵列组成的三维图像。面阵式激光雷达作为一种新型的传感器,能够快速获取大面积的目标三维信息,且具有轻小型、系统结构紧凑、适合搭载各种平台等优点,为激光雷达无论是在军用还是民用方面,面阵式激光雷达相比扫描激光雷达特供了更加广阔的应用前景。目前美国、德国、日本等都在抓紧研制这种新一代激光雷达系统,尤其是国外对中国在大面阵探测器产品的禁售的情况下,为了使我国能够发展具有完全自主知识产权的面阵激光雷达系统,并及时紧跟国际技术前沿,开展这项新型激光雷达系统的研究显得非常必要和非常紧迫。 2. 技术原理 及性能指标高性能激光器通过光学系统发射激光到达目标,然后由接收光学系统汇聚回波信号到APD阵列探测器,经电路探测处理,再由高速AD采样和数字信号处理算法,完成目标面的三维坐标信息获取。本项目有效解决了系统工作过程温度变化引起的探测器性能变差,回波信号衰减和畸变导致的时刻精确鉴别等技术难点,为实现我国在该领域赶超国际领先技术水平提供坚强的技术支撑。 3. 技术的创造性与先进性 （1）提出了一种用于面阵激光雷达的脉冲激光泛光照明数学模型,该数学模型是面向对目标区域实现单脉冲成像,无需扫描探测,从而极大降低了光机系统设计难度、激光器工作频率、运动平台抖动引起的测量误差,提高了成像速度和效率。（2）发展了基于FPGA的回波信号全波形采样处理方法,该方法有效解决了多路回波信号衰减和畸变导致的鉴别激光到达时刻的技术难点,实现了激光往返飞行时间的精确并行测量。（3）本项目提出了面向8×8面阵LIDAR的独立和共用两种并行模式的探测处理技术,该技术采用独立的光本振信号,并共用一套探测电路处理激光往返飞行的启始和停止脉冲,从而有效地减少了测量误差,提高了测距精度,也使得样机变得更为紧凑。 4. 技术的成熟程度,适用范围和安全性 本项目研发的面阵激光雷达获得了知识产权,技术领先,可以应用于测绘、防灾减灾、农业、环境保护、城市规划、资源勘查、电力选线、海岸线监测等领域,具有广阔的市场,且安全可靠。 5. 应用情况及存在的问题 在技术开发方面,继续完善技术细节和工艺,并加强推广应用。