成像激光雷達(dá)是激光技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、光學(xué)掃描及控制技術(shù)、高靈敏度探測(cè)技術(shù)及高速計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的綜合新技術(shù)產(chǎn)物。成像激光雷達(dá)是激光雷達(dá)對(duì)硬目標(biāo)探測(cè)的一種綜合應(yīng)用，其中結(jié)合了測(cè)角，測(cè)距，測(cè)速等多種激光雷達(dá)功能，從成像激光雷達(dá)的發(fā)展可以了解激光雷達(dá)對(duì)硬目標(biāo)探測(cè)的研究現(xiàn)狀。

1.成像激光雷達(dá)簡(jiǎn)介

激光雷達(dá)的應(yīng)用十分廣泛， 已從地面發(fā)展到空中， 從空中發(fā)展到太空， 從陸地發(fā)展到海面， 從海面發(fā)展到水下， 并涉及到多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。它有著常規(guī)雷達(dá)不可比擬的優(yōu)勢(shì)， 無論在軍事上還是在民用上都有廣闊的應(yīng)用前景。成像激光雷達(dá)應(yīng)用研究開始于20 世紀(jì)70 年代， 與非成像激光雷達(dá)相比， 除了功能上不同外， 研究的費(fèi)用和難度也要大大高于非成像激光雷達(dá)。

成像激光雷達(dá)是激光技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、光學(xué)掃描及控制技術(shù)、高靈敏度探測(cè)技術(shù)及高速計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的綜合新技術(shù)產(chǎn)物。成像激光雷達(dá)可采用多種工作體制， 如采用單元探測(cè)器的掃描成像與采用陣列探測(cè)器的非掃描成像。采用單元探測(cè)器的掃描成像作用距離可以很遠(yuǎn)， 但是成像速率會(huì)受到一定的限制;采用陣列探測(cè)器的非掃描成像激光雷達(dá)可以以很高的速率成像， 但是需要泛光照射目標(biāo)， 所以作用距離不會(huì)太遠(yuǎn)。目前， 可用于激光雷達(dá)的掃描器可分為三種:力學(xué)、電學(xué)和二元光學(xué)掃描器。由于其具有較高的角度分辨率和距離分辨率， 可以同時(shí)成目標(biāo)的強(qiáng)度像和距離像， 還可以成高分辨率的三維圖像， 所以非常適合于在軍事上發(fā)展智能武器， 應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在武器制導(dǎo)方面。

2.發(fā)展歷史

1967年，位于美國(guó)MIT的Lincoln實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了第一臺(tái)相干C02激光雷達(dá)，并于1972年開始投入研宄陸基10.6^111波長(zhǎng)的激光多普勒雷達(dá)，代號(hào)“Fire Pond"，該雷達(dá)使用CO2激光器和四象限HgCdTe探測(cè)器。此后在不斷研宄過程中，先后為該型雷達(dá)加裝了髙功率激光雷達(dá)功率放大系統(tǒng)(LRPA)，5種不同功能的光電傳感器，可編程寬帶波形發(fā)生器，寬帶激光接收器，模擬拉伸處理器等新設(shè)備。1990年，該雷達(dá)首次獲得了距離為800-1000km的在軌海洋衛(wèi)星的距離-多普勒?qǐng)D像，同年，在Firefly實(shí)驗(yàn)中，成功識(shí)別了 800km外的模擬導(dǎo)彈彈頭，兩年后，又獲得了距離1500km的在軌衛(wèi)星圖像。2002年美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室的報(bào)告報(bào)道了基于1550nm波長(zhǎng)的光纖激光器實(shí)現(xiàn)了 2維合成孔徑成像激光雷達(dá)演示實(shí)驗(yàn)，這是第一個(gè)具有合成孔徑雷達(dá)技術(shù)意義的激光雷達(dá)成像實(shí)驗(yàn)。2003年美國(guó)Raytheon公司提出了一種人眼安全的單脈沖三維Flash激光雷達(dá)其研制了一種以HgCdTe為材料的APD陣列探測(cè)器，其維數(shù)為10x10和64x48，并開發(fā)了相應(yīng)的讀出電子學(xué)芯片，對(duì)每個(gè)像元的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取 ，釆樣時(shí)間只需3ns，這種激光雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)1.5km遠(yuǎn)的電纜和4km遠(yuǎn)處的卡車進(jìn)行成像。

2.1.CO2 成像激光雷達(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)在激光雷達(dá)及其應(yīng)用研究處于領(lǐng)先地位。20 世紀(jì)80 年代美國(guó)大力發(fā)展了成像激光雷達(dá)技術(shù)。林肯實(shí)驗(yàn)室、Loral Vought 系統(tǒng)公司、Ford 航空航天公司、休斯飛機(jī)光電和數(shù)據(jù)系統(tǒng)集團(tuán)、懷特實(shí)驗(yàn)室和Martin Marietta 奧蘭多航天中心等多家研究機(jī)構(gòu)， 完成了成像激光雷達(dá)外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)， 證實(shí)了成像激光雷達(dá)在復(fù)雜背景下探測(cè)和識(shí)別目標(biāo)的能力。根據(jù)報(bào)道， 目前唯一在巡航導(dǎo)彈上作為激光地形輪廓匹配系統(tǒng)應(yīng)用的是AGM -129 戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈上的成像激光雷達(dá)， 它采用10 .6um 的CO2 激光器。CO2 相干成像激光雷達(dá)的研究始于20 世紀(jì)70 年代， 于1978年研制出第一臺(tái)三維成像外差激光雷達(dá)樣機(jī)， 突破了傳統(tǒng)的成像觀念， 引起了廣泛的興趣和重視。隨著小型化、高性能CO2 激光器和圖像處理技術(shù)的發(fā)展以及軍事的需求， 使得多功能CO2 激光相干成像雷達(dá)在整個(gè)80 年代獲得了迅速發(fā)展， 到90 年代初，已有數(shù)種樣機(jī)問世并開始進(jìn)行演示性試驗(yàn)。HgCdTe 探測(cè)器是用于CO2 相干激光雷達(dá)研究中的探測(cè)器， 已經(jīng)可以制造出二維多元陣列HgCdTe探測(cè)器， 如640 ×480 元陣列， 為陣列探測(cè)CO2 相干激光雷達(dá)的研究提供了保證。美國(guó)OakRidge [4]  國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究了工作于10 .6um 的陣列探測(cè)相干激光雷達(dá)， 提出了采用二維陣列HgCdTe 探測(cè)器進(jìn)行相干成像， 并用一個(gè)30 ×30 元二維HgCdTe 探測(cè)器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。