激光成像雷达技术及发展趋势探究
激光成像雷达技术及发展趋势探究
强靖展，李 明
（1.西华大学 机械工程学院 94326 部队，四川 成都 610039；2.西华大学 建管学院，四川 成都 610039）
摘要：激光成像雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。采用激光器作为发射光源，采光电探测技术
手段的主动遥感设备。主要由发射系统、接收系统 、信息处理等部分组成。无论在军事领域还是民用领域应用都相当
广泛，文章主要介绍了激光成像雷达的优缺点、分类以及未来发展趋势做了探讨，探究结果如下。
关键词：激光；激光成像雷达；发展
中图分类号：F724.6 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）10-0256-02
0 引言
国内外一直高度关注激光成像雷达技术的发展，激光具
有方向性、颜色单一性、相干性等特点，因此一直被广泛应用
于军事、民用工业、医学等领域。由于激光的工作方式与雷达
的工作方式十分相似，激光成像雷达技术被相关专业人员深
入研究，激光成像技术由此而得到发展。
1 激光成像雷达优点
（1）激光成像雷达具有非常高的距离分辨率、角分辨率、
速度分辨率，能从目标那里获得多种图像,比如：距离-强度-速
度，具体方位角-俯仰角-距离等，它不受外界干扰，它能获取普
通成像技术不能得到的信息。激光直线传播、方向性好、光束
非常窄,只有在其传播路径上才能接收到，因此敌方截获非常
困难，且激光雷达的发射系统（发射望远镜）口径很小,可接收
区域窄，有意发射的激光干扰信号进入接收机的概率极低；另
外，与微波雷达易受自然界广泛存在的电磁波影响的情况不
同，自然界中能对激光雷达起干扰作用的信号源不多，因此激
光雷达抗有源干扰的能力很强,适于工作在日益复杂和激烈的
信息战环境中。
（2）体积小、质量轻，通常普通微波雷达的体积庞大，整套
系统质量数以吨记，光天线口径就达几米甚至几十米。而激
光雷达就要轻便、灵巧得多,发射望远镜的口径一般只有厘米
级,整套系统的质量最小的只有几十 kg，架设、拆收都很简便。
而且激光成像雷达的结构相对简单，维修方便，操纵容易，价
格也较低。
（3）激光成像雷达能和电子战、反辐射导弹、超低空突防
等能力对抗。具有探测目标、跟踪目标、定位目标等其它普通
雷达不具备的能力，并且它能进行探测潜水艇、隐秘的军事目
标等任务，它可以快速获得目标的具体位置与图像，并完成识
别跟踪任务，尤其是在军事、航天领域作用极大，在工业和医
学方面也有得到应用。信息量很大，通过获得目标的位置、角
度、强度、速度等具体信息，而被动的光学系统只能获得某些
特殊信息。
（4）可以全天工作，被动的光学系统如果没有光线便不会
工作，即使红外光学系统能在夜间工作，但是其分辨率极差，
激光成像雷达不会受到昼夜限制，可以在任何时间短高效率
工作。
2 激光成像雷达的缺点
（1）工作时受天气和大气影响大。激光一般在晴朗的天气
里衰减较小，传播距离较远，而在大雨、浓烟、浓雾等坏天气里，
衰减急剧加大，传播距离大受影响。如工作波长为 10.6 m 的
co2 激光，是所有激光中大气传输性能较好的，在坏天气的衰
减是晴天的 6 倍。地面或低空使用的 co2 激光雷达的作用距
离,晴天为 10—20km，而坏天气则降至 1 km 以内。而且，大气
环流还会使激光光束发生畸变、抖动，直接影响激光雷达的测
量精度。
（2）由于激光雷达的波束极窄，在空间搜索目标非常困难，
直接影响对非合作目标的截获概率和探测效率，只能在较小
的范围内搜索、捕获目标，因而激光雷达较少单独直接应用于
战场进行目标探测和搜索。
3 成像雷达技术、功能分类
（1）扫描成像雷达，激光扫描成像雷达是激光束对任务目
标进行扫描，通过接收目标反射的激光束，获取信息，还原成
真实目标场景的图片。
（2）非扫描成像雷达，这是 90 年代产生的新型成像雷达，
由于它没有机械扫描设备，就不存在传统扫描激光雷达的帧
率低、可视性小、占用面积大的问题，非扫描成像雷达具有帧
率高、视野宽、体积小的优点，因此它被广泛应用于军事化、商
业化场景。
（3）按照功能分，有激光测速雷达、跟踪雷达、激光测角雷
达等。
4 激光成像雷达的组成
激光成像雷达系统由发射机、天线传输、接收机、跟踪架
以及信息处理等部分组成，发射机就是激光器，发射波长短不
一；天线是光学望远镜，利用天线获取信息，接收机拥有不同
形式的光电探测器。由发射机发送一个光信号，目标反射的
信号由探测器使其转换为电信号，信息处理器收集数据、处理，
最后将处理好的数据在计算机上显示。
5 激光成像雷达的发展趋势
（1）向小型化、标准化和固体组间化发展，激光成像雷达
是否能在各个领域普遍利用关键在于小型化和成本低。若使
用效率高、光束质量高的半导体激光器，重量轻、占用体积少
的质量高的Q开关，灵活性较高的硅雪崩光电二级探测器，中
等以上规模的集成电路的固体化、标准化的接收组件，必然能
实现激光成像雷达成本低、占用体积小。小型化、固体化的关
键是使用固体激光谐振腔组件，利用升华原理，在 YAG 棒的
一端镶上一种反射膜作为介质输出反射镜，在另一端与片状
染料 Q 开关和全反射镜结合为一体，制定成稳定谐振腔固体
组件或非稳定谐振腔固体组件，研制出的谐振腔固体组件改
装成了小型的盒式固体组件，从而达到体积小、重量轻、成本
低的目的。（2）多功能化发展，现代激光成像雷达不仅具有测量距离
功能，还应该具备目标位置指示、跟踪目标以及测定方向的功
能。现目前有激光测距、激光测距跟踪这两种多功能激光雷
达。激光测距一方面可以精确测量与目标的距离，另一方面
可以精确指示目标，实现多功能激光成像有两种方法：①改装
激光测距雷达的发射机，使其拥有同时满足激光指示器的性
能，应用发射编码的激光束指示目标；②将激光测距雷达与其
他设备组装在同一个壳体内进行多种功能的激光仪器，比如
美国的 M-931 型激光测距夜视仪，它就是运用激光测距及和
微光夜视仪组和成一个望远镜式的机构，可供 24h 测距使用。
（3）人眼安全的激光成像雷达，在激光成像雷达探测系统
中，人眼安全一直以来是技术人员关注的热点之一，激光雷达
测距的缺点是在烟雾中观察性能较差，对人眼的安全造成威
胁，技术人员在演练或能见度差的作战环境中非常不便，未来
发展趋势应考虑到人眼的安全。
（4）远程目标应用的激光成像雷达，自研究人员研究激光
成像雷达以来，主要应用于中等偏近的距离，远程距离是人们
一开始就追求的目标，未来研究趋势应偏向于远程测距发展，
这就要求通过提高激光成像雷达的发射功率和继续提高雷达
探测技术来扩大激光成像雷达的作用范围，虽然近年来由于
机载、星载激光雷达技术的不断发展，远程激光成像雷达也得
以发展，探测距离由几百 km 上升到几千 km。随着科学技术
的进步和全宇宙开发的需要，远程应用的激光成像雷达必将
是激光雷达成像的的发展趋势。
（5）多种模式成像激光雷达系统，目前激光成像发展发展
的一个重要趋势是多传感器集成和多功能一体化，运用微波、
红外线、激光束、可视光等成像传感器集成已经非常普遍，早
在美国海军与科学公司就开始研究高精度识别的双向模式激
光成像雷达项目，用于太空探测目标。
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