激光雷达怎么影响我们的生活?

2017年09月22日   文章来源:光明网   

  激光雷达相比传统雷达,以精确的时间分辨率、精准的空间分辨率、超远的探测距离等特点成为了先进的主动遥感工具,它的高精度测量功能使其可以达到精确测距、测速、跟踪、探测等,在民用、军用领域开始普遍使用,具有广阔的发展前景。

  什么是激光雷达?

  激光雷达以激光束为信息载体,利用相位、振幅、频率等来搭载信息,并将辐射源频率提高到光频段,能够探测极微小的目标。它是现代光学的前沿技术,涉及到物理学的多个学科领域,融合了传统雷达和现代激光的优点,是一种主动遥感的先进技术产物。

  激光雷达可以为人类生活带来哪些影响?

  激光雷达将激光光学和大气光学有效结合,协调融合了传统雷达、光机电一体化和电算等前沿技术,对物理学的各大领域都有所涉及,是物理学的前沿应用技术之一。目前激光雷达家族庞大,分类标准也很多,可以按搭载激光器、功能用途、探测技术等标准进行不同的分类。

  由于激光雷达的分辨率和灵敏度高、抗观测背景的干扰性强,能够实现全天时观测,可以广泛应用在环境监测、地形测绘、高空探测、军事应用、民用汽车等领域。

  激光雷达方向性强、相干性高、单色性强,在气象领域发展迅速。可以用来侦测气溶胶、空中云雾、海洋和平流层风场、温室气体、温湿度变化等,提供精确的实时数据,为空中飞行提供保障,为气象研究、天气预报和大气模型建模提供数据依据,对全球气候变迁、碳循环的研究和预测提供引导。比如,探测可吸入颗粒物和云-气溶胶浓度,可用后向散射激光雷达;测量海洋风场、平流层风场的风切变、风速等信息,可用多普勒激光雷达,观测温室气体和污染气体的浓度和分布,可用差分吸收雷达。

  在海洋探测方面,激光雷达的机载、船载平台以及水下平台,可以探测浅海以及海中的海浪动向、油污污染、油气储备等等。一般的激光水深测量器常用于对浅海、难以航行水域、复杂岛礁地区进行探测。如图,空载的海洋激光雷达能够实现快速扫描,反馈分析后获得详细的浅海地貌,相比声纳测量技术,测量效率和测量质量都远远提高。

  利用激光雷达脉冲波的穿透性,可以对森林领域进行探索。通过分析脉冲波的回波波形数据,可以得到森林地形的三维结构,测算林木高度、冠层结构等重要参数,估算森林生物数量,还可以发觉地下墓冢、建筑物等等,为其他林业研究、考古研究提供基础数据。

  激光雷达方向性强、角分辨高、工作波短,能对距离、速度、角度等参量完成精确测量,且空间无大气衰减和散射,激光雷达的体积轻、重量小、能耗低,其在空间领域也得到了发展。近十年来,激光雷达已在星体激光测度仪、航天器对接和着陆导航、飞行器成像等空间领域、航空器领域广泛应用。

  涉及军事领域,激光雷达可用于战场监察、情报收集、障碍躲避、敌向探测、武器导航、精准打击等。比如,利用激光雷达的深水探测技术对潜艇、水雷等水下目标进行扫描、侦察。激光雷达在军事领域,不论是微观的单兵定位,还是宏观的战场监控,都有其用武之地。

  在汽车应用发面,激光雷达不仅精度高、可见范围远,也不怕雾雨天,自然成为无人驾驶汽车的靠谱之选。一般汽车选用的观测工具为摄像头或普通雷达(无线电雷达),摄像头的精度高、可见范围远,但是害怕雾雨天;普通雷达不怕雾雨天,但是精度低、可见范围短。而激光雷达正综合了二者的优点,可以在驾驶过程中360°无死角的扫描周围环境。(白露,中国科协科学技术传播中心高级工程师)

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