轻小型无人机的激光雷达，固态光学相控阵技术 留言

激光雷达系统采用激光作为辐射源，工作波段一般在红外到紫外光谱段范围，利用激光束对目标进行探测和定位。它是一项高分辨率对地观测技术，突破了传统地面三维数据获取周期长、工作量大等问题。

机载激光雷达具有精确的测距能力、测速范围广、抗干扰能力强等优势，轻小型无人机机载激光雷达技术发展迅速，是一种较为成熟的载荷。涉及军用、公安到农林业资源监测、国土测绘、三维数字城市等多个应用领域，这使得人们对轻小型、可靠性强的适用于无人机的机载激光雷达的需求也越来越多。

轻小型机载成像激光雷达的工作特点：一般采用脉冲式光机扫描方式；点云获取效率高；扫描视场大。在大数据时代背景下，有着传统航空摄影测量无法比拟的优势。

穿透能力强，可快速获取包括植被以下真实地表信息；可获得高精度、高密度和大数据量三维点云数据，能够真实准确地反映地形地貌，同时可获得DEM、DOM、三维场景模型等数字产品。

轻小型机载激光雷达的主要发展方向大致可归纳为：微型激光雷达；人眼安全型激光雷达；多脉冲激光雷达；全波形激光雷达；多光谱激光雷达；凝视成像激光雷达；多源传感器融合激光雷达。

下面结合DARPA的SWEEPER项目一起来看看“固态光学相控阵技术”在芯片式激光雷达中的应用，例如无人机、无人车以及单兵作战等近距离作战系统。

DARPA研发的这款芯片式激光雷达，体积小、成本低、效率高，该芯片式激光雷达命名为SWEEPER:  

短距、宽视场、极度灵敏的电子扫描光学发射机
Short-range, Wide-field-of-view Extremely agile, Electronically steered Photonic Emitter

试验证实，Sweeper水平扫描角度能达到51度，若想要得到周边360度的全景覆盖，可以用多个这样的微型激光扫描仪通过安装在不同位置，选取不同的倾斜角度，对周边环境进行扫描，然后通过激光器的标定进行数据融合，最后将扫描数据整合到1张全景图中。

它对激光束的控制不依赖于任何的机械转动装置，而是使用许多微型的发射器阵列，根据光学相控阵列的原理，通过对所发射激光束与其他激光束的叠加或抵消，来形成指向特定方向的激光束。

SWEEPER技术可以非机械地使激光波束每秒扫描10万次以上，比目前最先进的机械式系统快1000倍。实现这一突破的关键是：发展一种可以扩展以容纳大量纳米天线的设计；新的微尺寸加工工艺；将电子和光学部件集成到一块单独的芯片。

这些成就可以促进微型、极低成本、激光扫描技术的推广应用，包括激光雷达(LIDAR)、自主导航、化学/生物学探测、精确瞄准和通信在内的很多军事能力都越来越依赖于激光扫描技术。

 

原文始发于微信公众号（雷达通信电子战）