雷達技術(shù)精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的雷達技術(shù)主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：雷達技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：林業(yè)資源調(diào)查；無人機；機載激光雷達技術(shù)；數(shù)據(jù)采集

20世紀(jì)80年代起，機載激光雷達技術(shù)逐步被應(yīng)用到林業(yè)資源調(diào)查項目中。采用機載激光雷達技術(shù)可獲取及識別三維坐標(biāo)信息，實現(xiàn)對林業(yè)資源數(shù)據(jù)的動態(tài)化估測，尤其是在林分空間結(jié)構(gòu)以及林木高度估測等方面表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用優(yōu)勢。經(jīng)過多年發(fā)展，如今將機載激光雷達技術(shù)與無人機技術(shù)相結(jié)合，進而發(fā)展出無人機載激光雷達技術(shù)，相關(guān)技術(shù)具有操作方便、數(shù)據(jù)獲取簡單等優(yōu)勢，促使機載激光雷達技術(shù)在林業(yè)資源數(shù)據(jù)調(diào)查中得到廣泛應(yīng)用。因此，為更為深入確定林業(yè)資源調(diào)查中機載激光雷達技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，以無人機載激光雷達技術(shù)為例，指出無人機載激光雷達技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢及不足，并說明未來應(yīng)用前景，以期能夠為后續(xù)機載激光雷達技術(shù)的發(fā)展提供一定參考。

1無人機載激光雷達系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

1.1無人機載激光雷達系統(tǒng)的構(gòu)成

無人機載激光雷達系統(tǒng)主要由無人機、激光掃描儀、姿態(tài)測量和導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)碼相機以及數(shù)據(jù)處理軟件等部分共同構(gòu)成。無人機是無人機載激光雷達系統(tǒng)實施激光掃描作業(yè)時的空間載體和操作平臺，其上可以搭載無人機載激光雷達系統(tǒng)所需的各種儀器設(shè)備，并且可以實現(xiàn)遠程操作及控制，可有效降低數(shù)據(jù)采集時的能源損耗，降低林業(yè)資源調(diào)查的整體成本。通常情況下無人機載激光雷達系統(tǒng)所采用的激光掃描儀為數(shù)字化激光掃描儀，其是整個無人機載激光雷達系統(tǒng)的核心所在，可以通過激光掃描來獲取地形地貌等三維空間信息。姿態(tài)測量和導(dǎo)航系統(tǒng)主要由GPS接收機、導(dǎo)航計算機、IMU慣性制導(dǎo)儀等設(shè)備共同組成，其中GPS接收機可以采用差分定位技術(shù)來獲取無人機坐標(biāo)信息；IMU慣性制導(dǎo)儀則可以獲取無人機飛行過程中的飛行姿態(tài)，為激光掃描儀激光束發(fā)射角度及數(shù)碼相機圖像獲取提供角度糾正支持[1]。為保障無人機載激光雷達系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)采集效果，應(yīng)確保數(shù)碼相機所獲取的圖像數(shù)據(jù)寬度與激光掃描儀的掃描寬度一致，所獲取的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過糾正、鑲嵌等一系列處理后，成為為林業(yè)資源調(diào)查提供重要數(shù)據(jù)支持的數(shù)字正射影像。激光掃描儀所獲取的數(shù)據(jù)信息量相對較大，通常需要對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行預(yù)處理，此過程中所需軟件為數(shù)據(jù)處理軟件。

1.2無人機載激光雷達系統(tǒng)的工作原理

無人機載激光雷達系統(tǒng)在運作過程中會通過激光掃描儀主動向探測目標(biāo)發(fā)射高頻率激光脈沖，激光脈沖在照射到地物表面后會發(fā)生折射，進而被無人機載激光雷達系統(tǒng)接收。此過程中，無人機載激光雷達系統(tǒng)可以直接獲取無人機距離地物表面的距離、坡度以及地物表面的粗糙度、反射率等數(shù)據(jù)信息，相關(guān)數(shù)據(jù)信息在經(jīng)過數(shù)據(jù)處理軟件分析處理后形成點云信息，即高密度三維空間坐標(biāo)信息[2]。在GPS、導(dǎo)航計算機、激光掃描儀等系統(tǒng)設(shè)備的支持下，無人機載激光雷達系統(tǒng)不僅可以獲取平面坐標(biāo)信息，還可以獲取地物的高程信息，并通過不同視角對相關(guān)三維坐標(biāo)信息進行三維顯示和量測，并采用數(shù)據(jù)處理軟件獲取三維坐標(biāo)信息中所表達的地物表面積、體積等信息。無人機載激光雷達系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

2林業(yè)資源調(diào)查中無人機載激光雷達技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1單木分割

在無人機載激光雷達系統(tǒng)所獲取到的點云數(shù)據(jù)足以識別出林分中的單木時，系統(tǒng)會根據(jù)林木種類的不同，采用不同的單木分割算法，對林分中的激光反射點進行有效點云數(shù)據(jù)分割。在完成點云數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分割后，采用數(shù)據(jù)分析軟件進行分析處理，獲取到林分中單木的樹高、樹冠、胸徑等一系列數(shù)據(jù)信息?，F(xiàn)有的單木分割算法大多是以冠層高度模型為基礎(chǔ)，采用分水嶺分割算法，將林分高點視作“山峰”，低點視作“山谷”，通過“水”對“山谷”進行填充，隨著“水”填充量的額持續(xù)增加，不同山谷內(nèi)的“水”也將會持續(xù)匯合，在匯合點出設(shè)置屏障，此片屏障便是分割結(jié)果[3]。在完成分割后，對單木進行自上而下分析，構(gòu)建三維立體模型，獲取單木的水平分布及垂直分布信息。某林木資源調(diào)查項目通過無人機載激光雷達技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)信息如表1所示。

2.2樹高估測

采用數(shù)據(jù)處理軟件對激光掃描儀所發(fā)射的高頻脈沖接觸到樹冠頂部和地面反射后所獲取到的高程數(shù)據(jù)差進行計算分析，進而獲取到樹木的實際樹高。樹木樹高作為林業(yè)資源調(diào)查的重要參數(shù)之一，其將會直接影響樹木的質(zhì)量和材積。在實際樹高測量中，激光雷達系統(tǒng)所獲取到樹高估測數(shù)據(jù)主要分為樣地水平和單木水平2種估測數(shù)據(jù)，其中樣地水平估測數(shù)據(jù)還分為直接提取數(shù)據(jù)和間接提取數(shù)據(jù)，直接提取數(shù)據(jù)指通過直接數(shù)據(jù)獲取的方式采集樹冠頂部到地面的相對高度數(shù)據(jù)，間接提取數(shù)據(jù)則是通過構(gòu)建樹木冠層高度數(shù)據(jù)與激光雷達系統(tǒng)提取變量之間的相互關(guān)系來間接預(yù)估樹木高度數(shù)據(jù)。

2.3葉面積指數(shù)

葉面積作為樹木冠層結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)之一，其通常被定義為單位地面標(biāo)記上所有葉片表面積的一半。在具體測量過程中，激光雷達系統(tǒng)會通過LAI（多種衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)反演葉面積指數(shù)）反演，即通過激光掃描儀獲取樹木冠層物理常數(shù)信息與實測LAI指數(shù)數(shù)據(jù)來構(gòu)建統(tǒng)計關(guān)系模型，進而根據(jù)模型對樹木葉面積指數(shù)進行估測計算。相關(guān)物理數(shù)據(jù)可以間接反映激光掃描儀所獲取點云數(shù)據(jù)在樹木冠層中的分布情況，通常情況下，LAI指數(shù)與激光掃描儀所發(fā)生激光脈沖在樹木冠層中的穿透和攔截情況有著直接關(guān)聯(lián)，其中穿透指激光穿透指數(shù)，即激光雷達系統(tǒng)所獲取到的地面點數(shù)量與所有激光點數(shù)量的比值；攔截指激光攔截指數(shù)，即樹木冠層激光點數(shù)量與所有激光點數(shù)量的比值。

2.4郁閉度估計

林木郁閉度指林木冠層的垂直投影占林地面積的比值。通常情況下，林木郁閉度是林木資源采伐強度科學(xué)確定的重要指標(biāo)因素，也是當(dāng)前林木資源蓄積量估測的重要指標(biāo)之一。此外，林木郁閉度還可以用于估算林分內(nèi)激光反射數(shù)量與地面反射數(shù)量的比值。例如，當(dāng)林木的郁閉度為100%時，說明林分內(nèi)樹木極為茂盛，內(nèi)部沒有開拓空間，不利于林下資源的生長；反之則表示林分區(qū)域開拓空間過多，需要繼續(xù)增加林木資源量。從理論角度來看，對激光雷達系統(tǒng)所獲取到的非地面反射點數(shù)量進行分析計算便可以得到林分中林木郁閉度，但想要保障此結(jié)果的真實性和有效性，還需要獲取地面反射點數(shù)據(jù)密度分析數(shù)據(jù)。

2.5林分密度估測

所謂林分密度是通過已識別分析的樹冠頂部數(shù)據(jù)進行預(yù)估分析后，獲取到的單位面積內(nèi)林木資源總數(shù)，林分密度的獲取核心在于合理進行樹冠分割。具體應(yīng)用過程中，激光雷達系統(tǒng)會根據(jù)識別數(shù)據(jù)形成樹冠高程模型，并以此為基礎(chǔ)合理選擇變化窗口在區(qū)域范圍內(nèi)進行最大值求解，將此過程中所獲取到的最大值作為樹冠頂部。常用的選擇變化窗口形狀為圓形狀和矩形狀搜索窗口，相關(guān)窗口的大小主要受樹木高度的影響，樹木越高，則搜索窗口的大小也將會越大，通過合理選擇變化窗口的方式獲取局部最大值，進而利用局部最大值預(yù)估區(qū)域范圍樹木總數(shù)，估測出林分密度。

3林業(yè)資源調(diào)查中無人機載激光雷達技術(shù)的應(yīng)用不足及展望

3.1無人機載激光雷達技術(shù)的應(yīng)用不足

結(jié)合當(dāng)前實際來看，由于現(xiàn)有技術(shù)限制，無人機載激光雷達技術(shù)在林業(yè)資源調(diào)查中應(yīng)用時仍然存在測量精度較低、樣地布設(shè)工作量大、實際測量成本較高等不足。通常情況下，采用無人機載激光雷達技術(shù)對林木資源進行調(diào)查時，主要采用單株樹法和樣地法2種方法。采用單株樹法調(diào)查時，獲取的數(shù)據(jù)及預(yù)測精度較高，但對受主林層遮蔽的下林層樹木的預(yù)測精度卻相對較低，甚至?xí)霈F(xiàn)誤測、漏測等情況，難以真正保障數(shù)據(jù)測量的精準(zhǔn)性和有效性；采用樣地法調(diào)查時，雖然測量效率相對較高，但預(yù)測精度低于采用單株樹法時的預(yù)測精度。為有效提高無人機載激光雷達技術(shù)的測量精度，在實際測量前需在測量區(qū)域內(nèi)設(shè)置多個樣地，并安排專人對現(xiàn)場進行人工數(shù)據(jù)采集，之后根據(jù)采集數(shù)據(jù)擬合預(yù)測模型，編寫數(shù)據(jù)處理程序，進而再將編寫后的程序應(yīng)用到具體林業(yè)資源調(diào)查過程中。由此可見，樣地調(diào)查結(jié)果將會直接影響后續(xù)林業(yè)資源調(diào)查結(jié)果，而想要真正保障樣地調(diào)查結(jié)果的有效性，必須加大樣地調(diào)查工作量，促使無人機載激光雷達技術(shù)整體工作量大幅度增加。無人機載激光雷達技術(shù)更適用于實際規(guī)模較大的調(diào)查區(qū)域，由于樣地調(diào)查、模型擬合、程序編寫等諸多因素的影響，無人機載激光雷達技術(shù)的前期成本相對較高，若是在小面積調(diào)查區(qū)域使用，其分攤成本則會相對較高，而隨著分攤面積的持續(xù)加大，無人機載激光雷達技術(shù)的實際分攤成本也將會持續(xù)減少。

3.2無人機載激光雷達技術(shù)的應(yīng)用前景

利用無人機載激光雷達技術(shù)可以為獲取高時空分辨率的空間信息提供更為有效的技術(shù)方案，此特征促使相關(guān)技術(shù)在諸多領(lǐng)域均有著良好的應(yīng)用前景。其中在林業(yè)資源調(diào)查方面，利用無人機載激光雷達技術(shù)可領(lǐng)取垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)的信息，為林業(yè)資源調(diào)查提供更為全面、有效的數(shù)據(jù)支持，不僅有利于推動林業(yè)資源調(diào)查的進一步發(fā)展，還有利于與其他技術(shù)手段相結(jié)合，構(gòu)建出更適用于林業(yè)資源調(diào)查的新型技術(shù)手段。

4結(jié)束語

隨著無人機載激光雷達技術(shù)的快速發(fā)展，如今無人機載激光雷達技術(shù)在林業(yè)資源調(diào)查中應(yīng)用時所采集的地表點密度也在持續(xù)增加，單束激光脈沖所能夠獲取的反射數(shù)量也有所增加，進而促使系統(tǒng)可以獲取更多的地表、地物信息。從林業(yè)資源調(diào)查項目實際需求以及無人機載激光雷達技術(shù)的不足來看，在未來無人機載激光雷達技術(shù)的激光脈沖發(fā)射頻率和數(shù)據(jù)采集分辨率將會不斷提升，進而促使無人機載激光雷達技術(shù)可以適用于不同地形、不同種類林木資源調(diào)查過程中。同時，無人機載激光雷達技術(shù)所構(gòu)建出的三維虛擬仿真模型將具有更強的虛擬現(xiàn)實表達能力，相關(guān)模型的可靠性也將會進一步提升。在相關(guān)特點的支持下，無人機載激光雷達技術(shù)在林業(yè)資源調(diào)查中應(yīng)用時所獲取到的數(shù)據(jù)參數(shù)的精準(zhǔn)性和有效性也會得到提升，最終獲取到更為理想的數(shù)據(jù)成果。

參考文獻：

［1］朱曉敏.淺談無人機遙感技術(shù)在林業(yè)資源調(diào)查與監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.南方農(nóng)業(yè)，2020，14（20）：76-77.

［2］駱生亮.機載激光雷達技術(shù)在林業(yè)資源調(diào)查中的應(yīng)用［J］.經(jīng)緯天地，2020（2）：28-31.

第2篇：雷達技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：雷達技術(shù)；汽車防撞；安全系統(tǒng)

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.211

0 引言

由于汽車工業(yè)的快速發(fā)展和私家車數(shù)量的“井噴式”增加，汽車相撞引發(fā)的安全交通事故頻繁出現(xiàn)，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來了巨大的威脅。而據(jù)一項實驗統(tǒng)計報告數(shù)據(jù)顯示，如果汽車駕駛員在碰撞“發(fā)生”的前一秒中得到安全預(yù)警的話，能夠減少九成的汽車碰撞安全事故。雷達技術(shù)對于位置信息的判斷和分析具有高精確度，因而將雷達技術(shù)用于汽車行駛過程中，對于汽車行駛的位置信息具有更加清楚地認識，對于具有危險性的行使距離提出預(yù)警，能夠有效減少汽車碰撞安全事故的發(fā)生。

1 我國雷達技術(shù)在汽車防撞安全系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于受到社會經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展的影響和制約，我國對于雷達技術(shù)在汽車防撞安全系統(tǒng)的應(yīng)用還處于起步階段，從技術(shù)水平到產(chǎn)品研發(fā)上還相對落后。

當(dāng)前我國的汽車防撞安全系統(tǒng)中主要的研制內(nèi)容在于微電子和毫米波技術(shù)，有很多研究機構(gòu)重點關(guān)注微電子和毫米波的天線的研制和研發(fā)[1]。在汽車防撞安全系統(tǒng)中，喇叭天線和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的收發(fā)前端已經(jīng)逐步進入到實用化的階段，在很多汽車中得到了推廣和應(yīng)用，同時也為毫米波雷達技術(shù)的研究打下堅實的基礎(chǔ)。而像平面天線、前端集成化的研究在逐步展開，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫存儲和處理技術(shù)的發(fā)展為雷達信號的接收、處理和減少噪聲的干擾提供了有力的保證。從總體上說，我國的雷達技術(shù)還較為落后，但早汽車防撞安全系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展迅速。

2 雷達技術(shù)在汽車防撞安全系統(tǒng)中的意義

在汽車防撞安全系統(tǒng)中，雷達技術(shù)包含了雷達、超聲波、紅外線、信號接收器等，能夠接收雷達裝置發(fā)射的安全預(yù)警信號并向汽車駕駛員發(fā)出安全預(yù)警信號。

雷達技術(shù)在汽車防撞安全系統(tǒng)應(yīng)用中，以其安全性、準(zhǔn)確性、全天性發(fā)揮著越來越重要的作用。雷達技術(shù)能夠在大雨、暴雪、強光、濃霧等不良天氣下依然作出準(zhǔn)確及時的安全預(yù)警，并且在電磁波、各種無線信號和噪音環(huán)境下能夠穩(wěn)定地工作，具有良好的抗干擾性。雷達發(fā)出的輻射能夠保證在相對合理的范圍內(nèi)，不會對汽車駕駛員產(chǎn)生不良的生理損害。同時，兼具有快速的感應(yīng)敏感性，在對汽車行駛中的距離、速度、方向等方面的探測中具有高度的準(zhǔn)確性，特別是雷達安裝裝置采用天線陣列和高頻器件的體積不大，占有的空間有限，非常適合于應(yīng)用在汽車系統(tǒng)中[2]。

3 雷達技術(shù)在汽車防撞安全系統(tǒng)中的應(yīng)用

在汽車防撞安全系統(tǒng)中，雷達技術(shù)通過探測汽車在行駛過程中周圍無論是靜止的還是運動中的目標(biāo)的距離、速度、角度、方向等內(nèi)容。如果汽車距離目標(biāo)的距離過近或者會有危險目標(biāo)時，汽車的防撞安全系統(tǒng)裝置會發(fā)出預(yù)警信號，汽車駕駛員在收到預(yù)警信號后可以及時作出反應(yīng)，從而有效減少相撞安全事故的發(fā)生，保證汽車駕駛和交通運行的安全性。

3.1 雷達技術(shù)在汽車防撞安全系統(tǒng)介紹

在汽車防撞安全系統(tǒng)中，雷達技術(shù)應(yīng)用主要有天線、信號接收器、混頻輸出、信號處理和信號預(yù)警幾大部分。一般來說，汽車防撞安全系統(tǒng)中雷達技術(shù)通常采用具有高效率的微帶陣列天線，有直線微帶線饋送和矩形輻射單元構(gòu)成，并且為了微帶陣列天線的接受效率將直線微帶線和無分頻器、阻抗變壓器連接于微帶陣列天線的拐角處。

雷達信號是由壓控振蕩器經(jīng)過三角、鋸齒波調(diào)制后發(fā)出信號調(diào)頻連續(xù)波，在混頻器接收信號時經(jīng)過天線傳導(dǎo)向外進行發(fā)射，當(dāng)前方碰到有障礙物的時候，發(fā)射的目標(biāo)信號會“反射”被接收天線回收成為回波信號。當(dāng)本振信號和回波信號“組合”經(jīng)過射頻前置放大之后進入到混頻器中，混頻器會輸出相對頻率較低的信號，在信號中含有障礙物、汽車之間的目標(biāo)距離和速度情況，經(jīng)過放大之后將其他的噪音和信號進行屏蔽或者過濾，通過數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換分析，就能準(zhǔn)確地給予汽車駕駛員安全警報[3]。

3.2 雷達技術(shù)在汽車防撞安全系統(tǒng)中的應(yīng)用方式

汽車防撞安全那系統(tǒng)中雷達技術(shù)的應(yīng)用方式主要是通過信號的調(diào)制完成的，信號調(diào)制主要包括簡單矩形脈沖雷達、脈沖壓縮雷達、調(diào)頻連續(xù)波雷達方式[4]。

簡單矩形脈沖雷達在脈沖期間的信號發(fā)射頻率非常穩(wěn)定；脈沖壓縮雷達的目的是對高平均發(fā)射功率和高效距離進行分辨，使得雷達所接收的“無關(guān)”信號盡可能地少，在脈沖期間信號發(fā)射頻率的穩(wěn)定性不斷增加，對于距離的準(zhǔn)確性測試精確度更高，但是對于雷達裝置和雷達技術(shù)的要求較高；調(diào)頻連續(xù)波雷達通過信號頻率在發(fā)射和傳輸在時間上的變化對目標(biāo)距離進行測定，在調(diào)頻期間整體的頻率會整體上呈現(xiàn)遞增或者是遞減的趨勢。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著社會的進一步發(fā)展，我國的交通狀況、道路條件、人口環(huán)境都會不斷出現(xiàn)新的問題，特別是汽車的急劇增加給社會交通狀況帶來了巨大的壓力，也給汽車行駛、行人安全帶來了生命財產(chǎn)的巨大威脅。所以說，將雷達技術(shù)應(yīng)用于汽車防撞安全系統(tǒng)中，對于汽車周圍目標(biāo)物的距離、速度和方向掌握更加準(zhǔn)確，使得汽車行駛更加安全穩(wěn)定。

參考文獻：

[1]許宏亮.汽車防撞雷達技術(shù)研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2007.

[2]吳魚榕.汽車防撞雷達預(yù)警系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].電子科技大學(xué)，2009.

第3篇：雷達技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：機載激光雷達；電力線路設(shè)計；工程應(yīng)用

作者簡介：廖新育（1977-），男，江西崇仁人，綿陽電業(yè)局綿陽奧瑞特電力設(shè)計咨詢有限公司，工程師；竇延娟（1985-），女，河北平鄉(xiāng)人，綿陽天眼激光科技有限公司，工程師。（四川 綿陽 621000）

中圖分類號：TM75  文獻標(biāo)識碼：A  文章編號：1007-0079（2011）36-0148-02

一、概述

機載激光雷達（Airborne Light Detection and Ranging，簡稱airborne LIDAR）技術(shù)集全球定位技術(shù)、慣性測量技術(shù)、激光掃描技術(shù)及高精度控制體系于一體，通過主動向目標(biāo)發(fā)射激光快速獲取目標(biāo)的三維信息。它集中體現(xiàn)了激光測距技術(shù)、高精度動態(tài)載體姿態(tài)測量技術(shù)、高精度動態(tài)GPS 差分定位技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，是近十年來攝影測量與遙感領(lǐng)域革命性的成就之一，也是目前最先進的三維航空遙感技術(shù)。[1]機載激光雷達系統(tǒng)源于1988-1993年間德國斯圖加特大學(xué)將激光雷達測量技術(shù)與POS系統(tǒng)集成一體形成的空載激光雷達測量系統(tǒng)（Arkerman-19）。由于其能穿透植被葉冠、探測細小目標(biāo)、可快速獲取數(shù)據(jù)等特點，自上世紀(jì)90年代以來機載激光雷達技術(shù)迅速發(fā)展，目前世界上已有多個國家生產(chǎn)機載激光雷達設(shè)備，該技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。機載激光雷達技術(shù)在電力線路設(shè)計中的應(yīng)用最近在我國電力建設(shè)過程中也呈漸長趨勢。

二、系統(tǒng)組成及工作原理

目前世界上主要的機載激光雷達系統(tǒng)主要有Riegl公司的LMS-Q系列，美國Leica公司的ALS系列，德國Toposys的FALCON系列和HARRIER系列，加拿大Optech公司的ALTM系列（地形測量）和SHOALS系列（水深探測）等，結(jié)構(gòu)各不相同，但主要由POS系統(tǒng)、激光掃描儀、控制單元組成，很多機載激光雷達系統(tǒng)也將數(shù)碼相機集成在一起。

POS系統(tǒng)主要由全球?qū)Ш较到y(tǒng)（GPS）和慣性測量單元（IMU）組成，其中GPS連同地面基站GPS接收機實時動態(tài)測量飛行平臺的位置，一般采用載波相位差分GPS技術(shù)、單點定位技術(shù)解算GPS數(shù)據(jù)；IMU實時測量飛行過程中平臺的姿態(tài)，與GPS數(shù)據(jù)融合計算掃描儀的位置和姿態(tài)。

機載激光掃描儀一般采用半導(dǎo)體二極管和半導(dǎo)體激光器，具有高性能、高重復(fù)頻率、大功率、窄脈沖等特點，波長范圍一般在800-1600nm，常見的掃描方式有鐘擺式、旋轉(zhuǎn)棱鏡式和光纖掃描式三種。

由于激光掃描儀測得的數(shù)據(jù)沒有光譜信息，在機載激光雷達系統(tǒng)上同時搭載高精度的數(shù)碼相機，在激光掃描儀掃描地面的同時拍攝地面影像，通過后數(shù)據(jù)處理可以得到測區(qū)的正射影像，可為激光雷達點云數(shù)據(jù)處理提供影像參考信息，與激光點云數(shù)據(jù)相互補充，提供更豐富的地表信息。

機載激光雷達系統(tǒng)包括多個組成部分，在工作時各組成部分之間需要通過控制單元高度協(xié)同，如在接受到一個激光脈沖信號時就需要同時記錄返回信號的時間標(biāo)記，由于GPS接收機的頻率和IMU、激光掃描儀的頻率各不相同，位置測量、姿態(tài)測量和激光測距不可能嚴格同步，這就需要借助時間標(biāo)記信息內(nèi)插出接收激光脈沖時刻的位置和姿態(tài)。中心控制單元一般采用導(dǎo)航、定位和管理系統(tǒng)嚴格同步的方式記錄IMU角速度、加速度增量以及GPS位置、激光掃描儀和數(shù)碼相機數(shù)據(jù)。

機載激光雷達系統(tǒng)在工作時通過激光掃描儀主動向目標(biāo)發(fā)射高頻率的激光，接收反射回來的激光，同時記錄時間，通過發(fā)射激光到接收激光之間的時間計算出激光掃描儀到目標(biāo)的距離，結(jié)合POS系統(tǒng)獲取的平臺位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)即可計算出目標(biāo)的三維坐標(biāo)。

三、技術(shù)特點

機載激光雷達的特點主要有：（1）可以24小時全天候工作：激光雷達是主動探測，不受光照的影響，可以全天候工作；（2）能夠穿透植被的葉冠，同時測量地面點和非地面點：激光波長較短，可以穿透植被葉冠，形成多次回波，獲取的數(shù)據(jù)信息更豐富；（3）能夠探測細小目標(biāo)物體：激光的波長較短，能夠探測細小的目標(biāo)，如電力線，而傳統(tǒng)的攝影測量和雷達都不能夠探測到細小的電力線；（4）獲取數(shù)據(jù)速度快：相對于傳統(tǒng)攝影測量，機載激光雷達可直接獲取目標(biāo)的三維坐標(biāo)，數(shù)據(jù)獲取速度大大提高；（5）獲取數(shù)據(jù)精度較其他航測技術(shù)要高。

四、數(shù)據(jù)成果

應(yīng)用機載激光雷達技術(shù)采集數(shù)據(jù)，能夠得到更豐富的數(shù)據(jù)成果。通過對點云數(shù)據(jù)的濾波處理的，可以得到高精度的DEM和DSM。尤其在我國西部南疆沙漠、青藏高原和橫斷山脈地區(qū)，氣候惡劣，交通不便，一般測量技術(shù)無法完成測量工作，而應(yīng)用航空攝影測量技術(shù)沙漠地帶很難選擇控制點，森林區(qū)域無法穿透植被獲取地面信息。采用機載激光雷達技術(shù)，能夠突破這些局限性，得到西部區(qū)域的地形圖；通過對同時獲取影像的正射糾正及鑲嵌處理可以得到高分辨率的DOM；通過DSM和DOM的融合可以得到真實三維場景圖；通過對點云數(shù)據(jù)的分類處理運算，可以得到三維的房屋、樹木等地物；通過對激光點云數(shù)據(jù)的進一步處理，還可以得到樹的高度分布圖。

五、機載激光雷達在電力線路設(shè)計方面的優(yōu)勢

超高壓送電線路是國家主干電網(wǎng)的重要組成部分，隨著國家電力建設(shè)的加速發(fā)展，起建設(shè)速度也越來越高，目前其建設(shè)要求主要體現(xiàn)出以下特點。

（1）線路距離長，覆蓋范圍大；（2）安全可靠性要求高；（3）建設(shè)工期要求越來越短；（4）線路通道選擇越來越困難。這些要求所使用的測量方法必須滿足以下要求：數(shù)據(jù)獲取周期短；數(shù)據(jù)精度高；能夠獲取大面積的三維地表數(shù)據(jù)；在通道狹窄地區(qū)地物分辨清晰。

機載激光激光雷達技術(shù)能夠完全滿足當(dāng)前快速發(fā)展的電網(wǎng)建設(shè)對數(shù)據(jù)獲取的要求，較傳統(tǒng)測量技術(shù)相比，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）直接在數(shù)字高程模型、數(shù)字地面模型、數(shù)字正射影像等數(shù)據(jù)構(gòu)建的高精度三維全景環(huán)境中進行快速、便捷的優(yōu)化設(shè)計，包括線路路徑、空間量測、風(fēng)景帶、農(nóng)田、建筑物等的繞行、開挖方量自動計算、拆遷計算等，可以對選線區(qū)域的拆遷、工程量進行快速、準(zhǔn)確、智能化評估、計算與分析，并做出最優(yōu)決策。

（2）由于機載激光雷達獲取的數(shù)據(jù)是三維的，能夠在圖上快捷方便地進行各種三維量測，滿足電力線路設(shè)計對各種距離的苛刻要求，如樹高、房高量測，安全距離量測等。

（3）通過機載激光雷達獲取的DEM、DSM和DOM，可以實施獲取選線區(qū)域的截面圖，并能方便進行空間三維量測，減少了很多野外實地勘測工作，通過室內(nèi)三維場景圖選線與野外勘測的地形地物相差很小，大大減少了野外作業(yè)時間，提高了選線定位設(shè)計效率。

（4）成果數(shù)字化移交：應(yīng)用機載激光雷達巡線獲取的數(shù)據(jù)很容易建立真三維電網(wǎng)GIS系統(tǒng)。通過三維電網(wǎng)系統(tǒng)可以精確地掌握線路走廊內(nèi)地物與線路的空間關(guān)系；設(shè)置植被基本生長參數(shù)，可模擬線路走廊內(nèi)的植被作生長情況，模擬風(fēng)險分析；還可以進行線路磁場干擾分析和安全范圍分析，對不同電壓等級的電網(wǎng)管理更科學(xué)。

（5）與傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)相比的優(yōu)勢：1）作業(yè)周期短，由于機載激光雷達技術(shù)不需要野外選擇塔基點，極大地減少了野外控制測量及野外調(diào)繪的工作；2）能夠直接獲取目標(biāo)的三維坐標(biāo)，并可在數(shù)據(jù)成果中直接進行三維量測；3）用于電力線路優(yōu)化設(shè)計的數(shù)據(jù)產(chǎn)品更加豐富，精度更高；4）優(yōu)化線路路徑，特別是可以精確的控制減少房屋跨越及房屋拆遷數(shù)量。

六、工程應(yīng)用實例

在綿陽奧瑞特電力設(shè)計咨詢有限公司總承包項目中國渦輪研究院輸變電工程線路部分的電力選線工程中，我們采用動力三角翼飛機搭載的小型機載激光雷達系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的采集，通過后期快速的數(shù)據(jù)處理得到高精度的DEM和DOM，采用專門研發(fā)的選線軟件進行電力線路的設(shè)計及優(yōu)化，不僅提高了線路設(shè)計效率，縮短總承包周期，同時還在優(yōu)化路徑的過程中，減少線路轉(zhuǎn)角次數(shù)，特別是大大減少房屋拆遷量（原傳統(tǒng)選線需拆遷房屋7360平方米，現(xiàn)在需拆遷房屋940平方米，共減少6420平方米）。

在該工程應(yīng)用中，我們根據(jù)地面GPS基站數(shù)據(jù)和機載GPS數(shù)據(jù)進行差分計算，得到高精度的定位結(jié)果，然后與IMU數(shù)據(jù)進行融合計算，得到LAS格式的激光點云數(shù)據(jù)。我們應(yīng)用TerraSolid軟件進行所有的數(shù)據(jù)后處理工作，包括點云數(shù)據(jù)的分類濾波（即從點云中分離出地面點、植被點、建筑物點、電力線點等）、DEM的提取、正射影像糾正及鑲嵌、等高線的提取等，為電力線路勘測設(shè)計提供了豐富的地形數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

在電力線路優(yōu)化設(shè)計中，我們采用自主研發(fā)的三維電力線路設(shè)計軟件，綜合高分辨率的DOM和DSM/DEM得到真實場景圖，可從不同視角觀看設(shè)計線路周圍地物狀況，并且能夠快速查看地形斷面圖、測量樹高及房高，實現(xiàn)了在室內(nèi)完成電力線路的設(shè)計優(yōu)化工作。電力線路確定后，該三維電力線路設(shè)計軟件能夠半自動生成電力設(shè)計單位使用的平斷面圖，并且根據(jù)需要可自動生成風(fēng)偏斷面，便于線路設(shè)計人員進行排桿（塔）定位。圖1即為在使用激光雷達技術(shù)后處理成的地形圖上選定的電力線路路徑。

七、結(jié)束語

應(yīng)用機載激光雷達技術(shù)采集的數(shù)據(jù)進行電力線路選定線設(shè)計，數(shù)據(jù)獲取速度快，數(shù)據(jù)產(chǎn)品豐富，包括高精度的DEM、DSM、高分辨率的DOM，同時還可將房屋、樹木等地物自動提取出來，通過特定的三維電力選線軟件，能夠以不同視角查看真實三維場景圖，對于線路的空間關(guān)系了解得更加明確，能夠在室內(nèi)完成電力線路的選定線設(shè)計及線路路徑通道優(yōu)化工作，同時能夠準(zhǔn)確地統(tǒng)計線路覆蓋范圍內(nèi)的房屋及待砍伐植被。不足之處在于，在激光雷達采集的數(shù)據(jù)后處理過程中，由于低空飛行，每幅影像范圍較小，所以總的測區(qū)范圍內(nèi)影像數(shù)量較大，導(dǎo)致在一定程度上影響了數(shù)據(jù)處理速度，這能通過后處理過程優(yōu)化加以改善。但總的來說，在電力選線工程項目中應(yīng)用激光雷達技術(shù)能夠大幅度提高線路工程設(shè)計中的選定線工作效率，大大縮短設(shè)計周期，降低設(shè)計單位線路設(shè)計外業(yè)勘測成本，同時，極大程度地降低工程總投資。

參考文獻：

[1]密威.機載激光雷達技術(shù)在電力線路勘測中的應(yīng)用[J].科技咨詢,2009,(19):5-8.

[2]蒙祥達,李新科.機載激光雷達技術(shù)及其在電力工程中的應(yīng)用[J].廣西電業(yè),2007,(9):81-83.

第4篇：雷達技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：地質(zhì)勘探 合成孔徑雷達 技術(shù)研究

一、 原理

對于雷達和目標(biāo)都固定的成像應(yīng)用，假設(shè)雷達以一定的脈沖重復(fù)頻率（PulseRepetition Frequency，PRF） 發(fā)射了M個脈沖組成的線性調(diào)頻脈沖序列，每個脈沖的帶寬為B，脈沖寬度為 ，每個脈沖共采樣N次。經(jīng)過壓縮處理，處理器得到圖像的距離分辨率為：

其中c為光速。

圖 1轉(zhuǎn)動目標(biāo)

如果雷達需要對轉(zhuǎn)動的目標(biāo)進行成像，則需要進一步分析。如圖1所示，假設(shè)雷達位于遠場中，觀測一個中心在坐標(biāo)原點，角速度為Ω的轉(zhuǎn)盤。考慮轉(zhuǎn)盤上一個坐標(biāo)為（r， ）的點，速度為rΩ，視線（Line ofSight，LOS）上的速度為v=-rΩsin ，其中 為初始角度，r為離中心距離。該點到距離向軸的垂直距離為y=rsin ，LOS速度為v=-rsin Ω=-yΩ。因此在轉(zhuǎn)盤上點的LOS速度與該點的方位Y坐標(biāo)成正比，而與距離坐標(biāo)無關(guān)。

因此，如果轉(zhuǎn)盤的方位向軸垂直于LOS，則可以在距離多普勒處理中，將速度等效為方位坐標(biāo)，就能把雷達回波還原為一個距離和方位上的二維目標(biāo)像。方位向上的分辨率為：

其中 為采樣頻率， =l/ ， 為載波波長， 為圓盤在持續(xù)時間 內(nèi)的轉(zhuǎn)動角度。

式（1）和式（2）是成像雷達中最基本的分辨率表達公式。在數(shù)學(xué)上，雷達固定目標(biāo)轉(zhuǎn)動和雷達運動目標(biāo)固定的成像原理是一樣的。前者稱為1SAR，后者稱為SAR。

實際上這兩者并不互逆，有些情況的成像過程既可以看成SAR，也可以看成ISAR，這只是一個約定俗成的問題。

對于簡單目標(biāo)的成像應(yīng)用，基本的SAR原理非常容易闡述。下面進行的簡單分析過程給出了SAR和ISAR的相同點，以及它們能夠感知旋轉(zhuǎn)這一共同的基礎(chǔ)。

當(dāng)一個雷達照射目標(biāo)時，它離目標(biāo)距離R并以速度礦圍繞目標(biāo)旋轉(zhuǎn)， 目標(biāo)上垂直于雷達視線方向上相距d的兩個點會帶來2Vd＼ R的多普勒差異。其中 是雷達的波長。這個分析在下文中的數(shù)據(jù)位數(shù)確定一節(jié)中有詳細推導(dǎo)。

如果對持續(xù)時間長度為 的回波進行頻譜分析，那么可分辨的頻率為1/ 。因此，相應(yīng)的方位向上目標(biāo)分辨率為：

其中 是雷達視線在持續(xù)時間 內(nèi)掃過目標(biāo)的角度。

式（3）說明了眾所周知的事實：方位向最佳分辨率依賴于積累時間 與斜距R的比值。這也說明了對于一定的雷達波長，增大 帶來了方位向分辨率的改善。

二、距離多普勒成像

SAR的高分辨率來源于對回波數(shù)據(jù)進行距離.方位二維脈沖壓縮。通常積累時間 內(nèi)的M個回波脈沖可以看成是對一個很寬脈沖的M次抽樣，這個很寬的脈沖寬度就是 。

距離多普勒圖像包含許多分辨單元，每個分辨單元中包含了目標(biāo)的幅度和散射點

在距離向和方位向上的位置信息。距離多普勒成像是基于目標(biāo)相對于SAR的運動。點目標(biāo)對線性調(diào)頻信號的回波經(jīng)過脈沖壓縮形成了距離向上的高分辨率，同時點目標(biāo)的回波被方位向上的陣列天線依次接收，依次接收的回波經(jīng)過方位向壓縮形成了方位向上的高分辨率。

三、距離向壓縮

成像雷達如果既需要獲得較大的探測距離，又需要獲得較高的距離分辨率，那么就必須發(fā)射高峰值功率的窄脈沖。但是實際情況下所能利用的峰值功率電平是有限的。

因此，為了在峰值功率電平有限的情況下獲得較大的探測距離，發(fā)射機必須發(fā)射相當(dāng)寬的脈沖。假設(shè)發(fā)射脈沖寬度為tp，則雷達的距離分辨率為：

四、聚焦SAR與非聚焦SAR

非聚焦SAR是對回波信號的簡單處理方法，指不改變孔徑內(nèi)從各個不同位置來的信號的相位就對存儲信號進行累積操作?？梢韵氲?，既然對各個不同位置來的回波不進行相位調(diào)整，相對于陣列到待測繪區(qū)域的距離而言該陣列必須足夠短。這樣的話從該區(qū)域任意點到各個陣列單元的視線基本上都是平行的?，F(xiàn)在假定陣列長度與到待測繪區(qū)域的距離之比是一個較大的分數(shù)，則從該距離處的一點至各個天線單元的視線將會散開，即陣列單元到目標(biāo)的距離各不相同。這種距離上的極小差異可能導(dǎo)致各個陣列單元從該目標(biāo)接收到的回波相位有較大的差異，假設(shè)在合成孔徑邊緣的最大相位偏移不超過Ω/4，則得到非聚焦SAR的方位分辨率為：

由此可見非聚焦SAR得到的方位向理論分辨率與雷達波長和斜距有關(guān)。非聚焦SAR處理全過程如圖2 所示。

圖2 非聚焦SAP，.成像處理

鑒于非聚焦SAR這樣的缺陷，對天線陣列的聚焦操作就顯得非常重要。對陣列的聚焦很大程度上可以消除對陣列長度的限制。于是適當(dāng)加長陣列的長度，雷達在任何所需距離上都可達到不變的分辨率。

從原理上說，使陣列聚焦所要完成的全部工作就是對每個陣列單元接收到的回波加以適當(dāng)?shù)南辔恍拚?。任一單元的相位誤差，也就是用于消除誤差所需的相位旋轉(zhuǎn)正比于該單元到陣列中心的距離平方。

五、總結(jié)

隨著合成孔徑成像雷達的快速發(fā)展，SAR回波信號仿真技術(shù)的發(fā)展方向是對回波模擬系統(tǒng)的分辨率要求越來越高，而且對PRF的要求也越來越高。目前國外正朝著分辨率為O.1m甚至更高分辨率的方面發(fā)展，PRF可能達到4000Hz，這對回波模擬仿真實現(xiàn)提出了更高的要求。若分辨率提高到0.1m，和目前的系統(tǒng)相比，其目標(biāo)信號生成的運算量和數(shù)據(jù)量將是本設(shè)計的4倍；若PRF提高到4000Hz，則每毫秒需要生成4個原始回波信號，要求并行處理模塊和卷積模塊的速度是現(xiàn)在的7倍以上。為了滿足SAR系統(tǒng)和成像算法研究的需要，必須研究性能更強的回波模擬器。當(dāng)然隨著并行計算技術(shù)的發(fā)展，同時更加先進、功能更為強大的FPGA投入測試和使用，使得運算量更大、功能更為復(fù)雜的回波模擬器成為可能。

總結(jié)過去和現(xiàn)在，回波模擬仿真作為電子對抗來說所有可能的對抗技術(shù)已經(jīng)被發(fā)明了。然而新的技術(shù)肯定會被提出和發(fā)展。電子對抗系統(tǒng)設(shè)計者必須努力發(fā)展獨立的技術(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，新技術(shù)的開發(fā)才能根本地解決工程勘察及地質(zhì)測繪問題。

參考文獻：

[1] 黃培康，殷紅成，許小劍編著.雷達目標(biāo)特性[M]. 電子工業(yè)出版社， 2005

[2] 袁孝康著.星載合成孔徑雷達導(dǎo)論[M]. 國防工業(yè)出版社， 2003

第5篇：雷達技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：地理信息行業(yè)；地理信息數(shù)據(jù)采集；機載激光雷達技術(shù)；GI

一、地理信息行業(yè)及數(shù)據(jù)采集概念

地理信息行業(yè)是以地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感、導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)等地理信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以地理信息資源的生產(chǎn)和服務(wù)為核心的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

按產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)分，地理信息產(chǎn)業(yè)可以分為地理信息制造業(yè)、地理信息軟件業(yè)及地理信息服務(wù)業(yè)。地理信息制造業(yè)是地理信息產(chǎn)業(yè)鏈的上游，包括如地理影像信息、波形圖、碎步點等原始數(shù)據(jù)采集獲取及其設(shè)備的生產(chǎn)，信息商品包括各種GPS設(shè)備、影像掃描設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備及各種測量原始數(shù)據(jù)等；地理信息軟件業(yè)是數(shù)據(jù)的處理和生產(chǎn)，信息商品包括各種地理信息系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)采集軟件、成果展示軟件以及管理和決策軟件；地理信息服務(wù)業(yè)中的信息商品包括各種電子地圖和模擬地圖產(chǎn)品的增值服務(wù)、信息咨詢等。

由此可見，地理信息數(shù)據(jù)采集是地理信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，是地理信息產(chǎn)業(yè)及相關(guān)服務(wù)的第一步。

二、行業(yè)現(xiàn)狀

地理信息行業(yè)是以現(xiàn)代測繪技術(shù)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的綜合性高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，目前其應(yīng)用領(lǐng)域已涵蓋規(guī)劃、國土、城管、公安、工商、稅務(wù)、環(huán)保、房產(chǎn)、衛(wèi)生、藥監(jiān)等30多個領(lǐng)域。

2014年1月《國務(wù)院關(guān)于促進地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》出臺，地理信息產(chǎn)業(yè)被納入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)范疇，上升為國家戰(zhàn)略。政策支持相繼出臺，我國地理信息產(chǎn)業(yè)開始進入飛躍期。根據(jù)國家發(fā)展改革委會同國家測繪地信局組織編制印發(fā)的《國家地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2014―2020年）》，“十二五”以來，產(chǎn)業(yè)服務(wù)總值年增長率30%左右，截至2013年底，企業(yè)達2萬多家，從業(yè)人員超過40萬人，年產(chǎn)值近2600億元。到2020年，政策法規(guī)體系基本建立，結(jié)構(gòu)優(yōu)化、布局合理、特色鮮明、競爭有序的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局初步形成。科技創(chuàng)新能力顯著增強，核心關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)應(yīng)用取得重大突破，形成一批具有較強國際競爭力的龍頭企業(yè)和較好成長性的創(chuàng)新型中小企業(yè)，擁有一批具有國際影響力的自主知名品牌。產(chǎn)業(yè)保持年均20%以上的增長速度，2020年總產(chǎn)值將超過8000億元，成為國民經(jīng)濟發(fā)展新的增長點。

國家測繪地理信息局就《國務(wù)院辦公廳關(guān)于促進地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》答問指出，近年來我國地理信息產(chǎn)業(yè)年均增速超過25%，《意見》根據(jù)對地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的預(yù)測和我國近年來地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實際，提出了未來發(fā)展目標(biāo)。這個目標(biāo)可概況為：一條主線，四大目標(biāo)?！耙粭l主線”，就是以形成地理信息獲取、處理、應(yīng)用為主的成熟產(chǎn)業(yè)鏈為主線。地理信息應(yīng)用位于地理信息產(chǎn)業(yè)鏈的下游，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點領(lǐng)域，也是最具潛力的領(lǐng)域?！八拇竽繕?biāo)”，就是用5～10年時間，在市場主體方面，形成若干個龍頭企業(yè)和一批充滿活動的中小型企業(yè)。

三、幾種地理信息數(shù)據(jù)采集方法對比

目前，地理信息數(shù)據(jù)獲取產(chǎn)業(yè)中，針對大地工程測量的方法主要包括：傳統(tǒng)人工測量方法、航空攝影、機載雷達攝影（LIDAR）、機載合成孔徑雷達測量（SAR）等，幾種主要測量方法優(yōu)劣對比情況如下：

四、機載激光雷達攝影技術(shù)介紹

激光雷達（Light Detection And Ranging，簡稱LIDAR）大致分為機載和地面兩大類，其中機載激光雷達是一種安裝在飛機上的機載激光探測和測距系統(tǒng)，可以量測地面物體的三維坐標(biāo)。機載激光雷達是一種主動式對地觀測系統(tǒng)，是90年代初首先由西方國家發(fā)展起來并投入商業(yè)化應(yīng)用的一門新興技術(shù)。它集成激光測距技術(shù)、計算機技術(shù)、慣性測量單元差分定位技術(shù)于一體，該技術(shù)在三維空間信息的實時獲取方面產(chǎn)生了重大突破，為獲取高時空分辨率地球空間信息提供了一種全新的技術(shù)手段。它具有自動化程度高、受天氣影響小、數(shù)據(jù)生產(chǎn)周期短、精度高等特點。機載LIDAR傳感器發(fā)射的激光脈沖能部分地穿透樹林遮擋，直接獲取高精度三維地表地形數(shù)據(jù)。機載LIDAR數(shù)據(jù)經(jīng)過相關(guān)軟件數(shù)據(jù)處理后，可以生成高精度的數(shù)字地面模型DTM、等高線圖，具有傳統(tǒng)攝影測量和地面常規(guī)測量技術(shù)無法取代的優(yōu)越性。

機載激光雷達系統(tǒng)主要包括：

（1）激光測量裝置。它的數(shù)據(jù)發(fā)射量和功率非常大，每秒最多可發(fā)射12.5萬個激光點，測量距離為離地面30～2500m。測量到地面的激光點密度最高可達65個/m2，正常飛行高度情況下（航高800m），在植被比較茂密的地區(qū)也有一定量的激光點射到地面上。

（2）GPS接收機。通過接收衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，實時精確測定出設(shè)備的空間位置，再通過后處理技術(shù)與地面基站進行差分計算，精確求得飛行軌跡。

（3）慣性測量裝置（IMU）。由裝置將接收到的GPS數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理，求得飛行運動的軌跡，根據(jù)軌跡的幾何關(guān)系及變量參數(shù)，推算出未來的空中位置，從而測算出該測量系統(tǒng)的實時和將來的空間向量。

（4）數(shù)碼相機。采用高分辨率數(shù)碼相機，在1000m的飛行高度，影像地面分辨可達到250px，可以獲得高清晰的影像。通過影像與激光點數(shù)據(jù)整合處理后，可以得到依比例、帶坐標(biāo)和高程的正射影像圖。在不同航高下，可以按需要得到1：250～1：10000不同比例尺的正射影像。

（5）其他相關(guān)設(shè)備。其他相關(guān)裝備有飛機、計算機、專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件等，用于完成諸如數(shù)據(jù)解算、圖像解壓、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、點云分類、影像拼接、影像勻色等主要工序，其技術(shù)較穩(wěn)定、成熟，自動化程度高。

五、未來發(fā)展

目前，全國引進激光雷達技術(shù)設(shè)備的企業(yè)不超過30家，真正采用機載激光雷達技術(shù)從事測繪生產(chǎn)的更少，如廣州建通測繪技術(shù)開發(fā)有限公司2008年即主要應(yīng)用該項技術(shù)生產(chǎn)，屬于該領(lǐng)域先驅(qū)，大部分購入設(shè)備企業(yè)屬于科技、學(xué)校、國有單位，主要用于研發(fā)和作為本單位的生產(chǎn)保障。

由于機載激光雷達技術(shù)在地理信息測量方面具有測量精度高、人工投入低、環(huán)境適應(yīng)能力強、產(chǎn)出效率高及數(shù)據(jù)可編輯能力強的優(yōu)點，結(jié)合靈活的搭載方式，LiDAR技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)測繪、道路工程、電力電網(wǎng)、水利、石油管線、海岸線及海島礁、數(shù)字城市等領(lǐng)域，提供高精度、大比例尺（1：500至1：10000）的空間數(shù)據(jù)成果。隨著市場接受度的不斷提高及實踐測量經(jīng)驗技術(shù)的不斷豐富，機載激光雷達技術(shù)在地理信息數(shù)據(jù)采集及分析領(lǐng)域的市場空間將更加廣闊。

參考文獻：

[1] 國家發(fā)展改革委會同國家測繪地信局.國家地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展 規(guī)劃（2014-2020年）[Z].2014.

[2] 國家測繪地理信息局.測繪地理信息科技發(fā)展“十二五”規(guī)劃[Z].2012.

第6篇：雷達技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】探地雷達；檢測技術(shù)；路面；隧道

一、引言

探地雷達方法是通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在地下介質(zhì)中傳播時遇到存在電性差異的分界面時發(fā)生反射，根據(jù)接收到的電磁波的波形、振幅強度和時間的變化等特征推斷地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度。

探地雷達是一種廣譜電磁技術(shù)，用于確定地下介質(zhì)的分布情況。近年來，由于探地雷達具有高采樣率、無損檢測等優(yōu)點，它逐漸取代了原有的鉆孔取芯法而在各種工程中得到了極為廣泛的應(yīng)用。在進行檢測的過程中，這種方法只要配合少量的鉆孔就能夠了解公路的結(jié)構(gòu)及地層的各種變化情況，非常有效地克服了現(xiàn)行鉆孔法的不足。并且可以準(zhǔn)確地提供關(guān)于基層和面層厚度變化的一些真實情況，為實際施工提供了極具參考價值的可靠參數(shù)。

二、探地雷達檢測厚度的工作原理

1、探地雷達檢測路面結(jié)構(gòu)層厚度的工作原理

在道路的質(zhì)量控制工作中，最重要的一部分就是進行路面結(jié)構(gòu)層厚度的檢測。傳統(tǒng)上所使用的鉆心取樣法已經(jīng)遠遠不能滿足精確檢測的要求，因此通過對探地雷達測厚的工作原理進行理論分析，可以看出探地雷達技術(shù)在公路工程質(zhì)量檢測中所具有獨特的優(yōu)勢。

利用探地雷達檢測公路面層厚度是一種反射波探測法。在特定的介質(zhì)中，電磁波的傳播速度v是保持不變的，因此根據(jù)探地雷達所記錄的地面反射波與地下反射波的時間差t，即可依據(jù)公式h=vt/2，計算出界面的厚度值h的大小，對于路面結(jié)構(gòu)層厚度的檢測而言，h即為面層的厚度，v表示電磁波在地下介質(zhì)(面層)中傳播時的速度。雷達所使用的電磁波都是高頻的，而公路面層所用的材料都屬于低損耗介質(zhì)，因此速度v的大小可由以下公式算出。v=c/該式中，c表示電磁波在大氣中傳播的速度，約為300 000km／s，的大小取決于構(gòu)成面層的所有物質(zhì)的介電常數(shù)，它表示的是面層的相對有效介電常數(shù)。反射信號的振幅與反射系統(tǒng)成正比，在以位移電流為主的低損耗介質(zhì)中，反射系數(shù)的強度也可以由特定的公式計算出來。上、下介質(zhì)的電性差決定了反射信號的強度，電性差越大，反射信號就會越強。對于瀝青混凝土面層來說，基層與面層之間存在著非常明顯的電性差，因此可以預(yù)期面層的底部會有強反射的出現(xiàn)。

2、探地雷達檢測隧道二襯厚度的工作原理

用探地雷達來進行隧道二襯厚度的檢測時，所采用的方式是反射測量，它的工作原理是天線發(fā)射器將高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，發(fā)射到介質(zhì)內(nèi)部，然后經(jīng)過存在電性差異的介質(zhì)層，雷達天線接收器接收一部分被反射折向地面的電磁能量，而另一部分能量被折射進入到下一層介質(zhì)后繼續(xù)傳播。通過測得的反射波旅行時間及電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，就可以計算出反射面距離表面的距離。與此同時，根據(jù)接收到的反射波的波形、振幅和頻譜的變化，就能夠判定出介質(zhì)的性質(zhì)和屬性。

當(dāng)發(fā)射天線和接收天線相距很近時，目標(biāo)的深度h可近似為 h=vr／2

因此探地雷達在對測試資料進行詳細的分析和處理基礎(chǔ)上，能夠較好地對隧道襯砌厚度做出精確的檢測。但是在檢測過程中，由于探測精度與所取的波速有很大的關(guān)系，所以需要在檢測現(xiàn)場測取足夠量的點數(shù)的雷達波來測取波速。而通常情況下，雷達波在混凝土中具有一定的離散性，這種離散性有時可達5％一10％，因此在注意波速測取的情況下，可以將襯砌厚度的誤差限制在2cm-4cm的范圍內(nèi)。由于方法本身還存在著一定的問題，需要進一步的進行完善。

三、探地雷達檢測厚度應(yīng)該注意的事項

探地雷達所面對的對象是十分復(fù)雜的，存在著很多未知而且難以確定的因素。因此，進行精確的操作，合理的使用以及系統(tǒng)而綜合的分析，才能夠有效減少誤差，在檢測過程中達到規(guī)定所要求的精確度。影響探測雷達測厚精確性的主要參量有回波、地面零點和路面的介電常數(shù)等。所以在進行探測雷達檢測的過程中國，應(yīng)該注意正確的確定這些參量，進而有效提高探測厚度的精確性。

第一，確定底界面的回波。目前情況下，解決問題的核心是提取界面同波信號，這是因為在現(xiàn)在技術(shù)條件下還不能給從原始的波形中直接而且精確區(qū)分出路基界面與路面的反射回波。而由于大部分的波和干擾波相對來說都是固定不變的，因此我們可以相關(guān)分析的方法來抑制雜波或者干擾波。具體而言，要的到一個比較準(zhǔn)確的底界面回波信號，可以利用—個不含界面反射信號的回波信號與含有界面反射信號的回波信號來進行相關(guān)分析。這就要求在實際的操作過程中，要以路面結(jié)構(gòu)中的最厚點為參考點。進行參考點的選擇時，可以從探測圖像上尋找并進行對比分析，也可以通過分析探測的波形來確定，或者將已有鉆探的最大厚度的探測點來作為參考點。

第二，確定地面零點。要確定電磁波在面層中的實際傳播的時間，除了知道回波時間外，還必須對地表面的位置進行正確的判定。地面零點的判斷正確與否，對于厚度值的讀數(shù)會產(chǎn)生直接的影響。

第三，標(biāo)定路面的介電常數(shù)。保證路面厚度值探測精度的關(guān)鍵參數(shù)是路面介電常數(shù)，一般情況下，介質(zhì)的介電常數(shù)會受到很多因索的影響，例如路面材料、施工工藝、密實程度、冶冰量等，同時不同探測點的介電常數(shù)也會出現(xiàn)差別。所以必須進行標(biāo)定，并采用鉆孔取樣，進而來保證檢測結(jié)果的有效性和可信度。

四，探地雷達檢測技術(shù)的優(yōu)缺點

探地雷達檢測具有如下技術(shù)特點：(1)對混凝土的穿透能力很強，可對較大深度進行測量；(2)能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸探測，并且探測速度快；(3)以增大頻率寬度和減小波長，進而實現(xiàn)高分辨率的探測；(4)微波有極化特性，可確定缺陷的形狀和取向。由此可以看出，雷達檢測技術(shù)具有無損、快速、簡易、精度高等優(yōu)點，在今后的公路工程施工中，探地雷達檢測技術(shù)會成為一項重要的地球物理探測技術(shù)，并能夠為依法規(guī)范道路建筑行為提供了強有力的科學(xué)技術(shù)保障。但是，探地雷達檢測技術(shù)在使用過程中，必須要與勘探工作合理地配合起來才能充分發(fā)揮作用。因為地下物理參數(shù)的差異以及周圍環(huán)境都會影響探地雷達檢測技術(shù)的效果，所以不能將探地雷達作為全方位的工程檢測工具，而忽略了與勘探工作的配合。因此，推廣探地雷達技術(shù)要針對具體問題，配合使用其它勘探方法，才能發(fā)揮出該技術(shù)的最大潛力。

五、結(jié)語

目前，探地雷達方法在檢測路面結(jié)構(gòu)層厚度和檢測隧道二襯厚度方面已經(jīng)取得了一定的進展，相信隨著工作的逐步開展和研究的進一步深入，探地雷達方法必將在該領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻

[1]徐升才,劉峰.探地雷達在城市道路厚度檢測中的研究與應(yīng)用[J].華東交通大學(xué)學(xué)報,2000(4)

第7篇：雷達技術(shù)范文

[關(guān)鍵詞]激光雷達 后向散射 氣溶膠 大氣邊界層

[中圖分類號] TN958.98[文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-11-188-2

0前言

激光雷達是一種主動遙感技術(shù)，是傳統(tǒng)雷達技術(shù)與現(xiàn)代激光技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。50多年來，激光雷達技術(shù)從最簡單的激光測距技術(shù)，逐步發(fā)展了激光跟蹤、測速、掃描成像、多普勒成像等技術(shù)，陸續(xù)開發(fā)出不同用途的激光雷達，使激光雷達成為一類具有多種功能的系統(tǒng)。激光雷達之所以受到關(guān)注，是因為其具有一系列獨特的優(yōu)點：具有極高的角分辨率、具有極高的距離分辨率、速度分辨率高、測速范圍廣、能獲得目標(biāo)的多種圖像、抗干擾能力強、比微波雷達的體積和重量小等。隨著技術(shù)的不斷成熟，成本的下降，其他領(lǐng)域陸續(xù)引進了激光雷達，并發(fā)揮著非常重要的作用。

1激光雷達的結(jié)構(gòu)和原理

一般情況下，激光雷達主要由三部分組成，激光發(fā)射單元，信號探測控制單元和光學(xué)接受單元。激光發(fā)射單元發(fā)射出激光脈沖，在傳輸過程中遇到粒子會產(chǎn)生一個向后的反射信號，光學(xué)接受單元接受到這個信號并進行處理，把光信號放大轉(zhuǎn)化成電子信號輸出。根據(jù)反饋信號的強度可以確定所研究粒子的濃度，粒子所處的高度可以由從發(fā)射到接受之間的時間間隔來確定。

激光雷達的方程為：

P（Z）為激光雷達接收到的高度Z處的大氣后向散射回波信號的能量，E為激光雷達的發(fā)射能量，C是激光雷達常數(shù)，和發(fā)射頻率，接收靈敏度等有關(guān)；Z是到激光雷達到目標(biāo)粒子的距離；

βtotal是總的后向散射系數(shù)，βmol是空氣后向散射系數(shù)，βpart是氣溶膠后向散射系數(shù)；

σtotal是總的消光系數(shù)，是激光脈沖在傳輸過程中衰減產(chǎn)生的， σsmol是空氣散射系數(shù)，σspart是氣溶膠散射系數(shù)，σAmol是空氣氣吸收系數(shù)，σApart是氣溶膠吸收系數(shù)。

求解激光雷達方程常有的有三種方法：Collis斜率法，Klett[1]方法和Fermald[2]方法。Collis斜率法假設(shè)大氣是均勻分布，消光系數(shù)為常數(shù)。當(dāng)在水平方向進行測量，可以忽略細小差異，認為大氣是均勻，應(yīng)用此方法比較簡便。如果觀測垂直方向上的大氣垂直分布，大氣分布不均勻的現(xiàn)實并不能忽略，故不能采用此方法。這時通常采用Klett算法來求解，在此算法中，假設(shè)β=C0σkβ，其中C0為常數(shù)，k取決于雷達激光的波長和氣溶膠的性質(zhì)，取值范圍一般在0.67～1。再結(jié)合激光雷達方程就可以得到結(jié)果。其中k的取值對計算的結(jié)果有很重要的影響。張文煜，王音淇等[3]結(jié)合能見度因子和CE318太陽光度計觀測數(shù)據(jù)，對k在不同天氣狀況下的取值進行了初步研究，結(jié)果表明：只有當(dāng)0.7≤k≤1.0時，氣溶膠消光系數(shù)的大小與能見度估算出的值相接近。但在k=0.7時，計算出的氣溶膠消光系數(shù)正、負參半； k=1.0時，消光系數(shù)廓線在晴天無云的天氣狀況下同實際情況不符。通過進一步分析研究激光雷達和光度計的同期觀測資料發(fā)現(xiàn)：k=0.8時，較合理的數(shù)據(jù)所占比例為100%，k=0.98，比例為40%，k=1.0僅為12%。通過采用Klett方法可以克服均勻大氣的限制，使結(jié)果更符合實際。但當(dāng)氣溶膠和大氣的消光作用相差不大，大氣的消光作用不能忽略時，就必須采用第三種Fermald方法。Fermald方法將大氣看做兩個部分：空氣分子和氣溶膠，認為大氣消光系數(shù)（或后向散射系數(shù)）是空氣分子的消光系數(shù)（或后向散射）與氣溶膠消光系數(shù)（或后向散射）的和，在實際的應(yīng)用中，Klett和Fermald方法應(yīng)用更廣泛。

2激光雷達物理量的反演方法

激光雷達接收到的是光電子信號，想要得到我們需要的物理量，賦予它合適的物理意義，就必須對接收到的信號進行分析處理，反演得到我們需要的結(jié)果。

2.1消光系數(shù)（σ）

Collis方法：

其中S（Z）=ln[Z2P（Z）]，

Klett方法：

Zm為參考高度，為所觀測范圍的上界。σm=σ（Zm），Zm為這一薄層的消光系數(shù) 。

Fernald方法：Zc為標(biāo)定高度，一般是通過選取近乎不含氣溶膠的清潔大氣層所在的高度來確定。這一高度處的氣溶膠粒子和空氣分子消光系數(shù)都是確定的。Zc以下高度下的氣溶膠粒子消光系數(shù)為：

Zc高度以上的氣溶膠粒子消光系數(shù)為：

下標(biāo)1，2分別代表氣溶膠與空氣分子。S=σ/β，X（z）=P（z）Z2。σ2（z）可以根據(jù)美國標(biāo)準(zhǔn)大氣模式提供的空氣分子密度的垂直廓線計算得到。這三種方法由簡到繁，隨著計算水平的提高，一般都選擇后面兩種方法。

2.2能見度

大氣能見度與消光系數(shù)的基本關(guān)系為：y=-lnε/σ。其中 為能見度距離，σ為大氣消光系數(shù)，ε為人眼的亮度對比感閾。通常情況下正常人眼的平均亮度對比感閾ε=0.02。帶入上式，即得能見度方程： =3.912/σ。

2.3氣溶膠光學(xué)厚度

將消光系數(shù)隨高度進行積分，就能夠得到氣溶膠的光學(xué)厚度（AOT）：

2.4后向散射系數(shù)

根據(jù)反演出的消光系數(shù)，由后向散射系數(shù)和消光系數(shù)的關(guān)系，可得

β=C0σk

2.5退偏振率

激光雷達可以利用偏振原理可以分別接受到后向散射在高度z處的平行分量Prp和垂直分量Prs。Kp和Ks分別表示平行分量探測通道和垂直分量探測通道的系統(tǒng)常數(shù)。σp（z）和σs（z）分別表示高度z處大氣消光系數(shù)的平行和垂直分量。退偏振率δ（z）為：

粒子的退偏振率和粒子的濃度無關(guān)，只與形狀和成分有關(guān)。NIES型Mie散射激光雷達可以發(fā)射偏振激光束，偏振激光遇到純球形粒子發(fā)生散射時，只返回平行偏振組分，遇到不規(guī)則粒子時，垂直組分也能觀測到。退偏振率即為垂直組分與水平組分的比值。沙塵大部分為非球形粒子，退偏振率比較高，其他氣溶膠粒子更接近球形。通過氣溶膠的退偏振率可以就區(qū)分沙塵氣溶膠和大氣氣溶膠的分布和比例。

3激光雷達的應(yīng)用

3.1激光雷達在氣溶膠觀測方面的應(yīng)用

激光雷達可以有效對大氣中氣溶膠的垂直分布，構(gòu)成成分，光學(xué)特性等進行檢測分析。曹賢潔，張鐳等[4]利用激光雷達CE370-2與太陽光度計CE-318，在蘭州觀測分析了2007年3月27～29日揚沙過程氣溶膠輻射特性。發(fā)現(xiàn)沙塵氣溶膠主要集中于離地1.5km高度層內(nèi)，沙塵氣溶膠消光系數(shù)隨高度先增加，到0.2km左右高度達到最大，然后急劇減小。沙塵氣溶膠光學(xué)厚度的時間演變呈雙峰型。通過與太陽光度計得到的結(jié)果相比較，結(jié)果很接近。表明了雷達觀測資料的處理方法可以較好的反演氣溶膠消光系數(shù)和光學(xué)厚度。大量的觀測研究都表明，激光雷達對氣溶膠的垂直分層結(jié)構(gòu)可以進行非常有效的持續(xù)的觀測。

3.2激光雷達在大氣邊界層方面的應(yīng)用

大氣邊界層是與人類關(guān)系最為密切的氣層。由于熱力作用導(dǎo)致的強烈的日變化是大氣邊界層的一個重要特征。邊界層高度隨地表特征、季節(jié)和天氣背景的不同而不同，每天可在幾十米至幾千米內(nèi)變化。韓道文，張文清等[5]利用激光雷達檢測了北京城區(qū)冬季邊界層，發(fā)現(xiàn)大氣結(jié)構(gòu)存在著多層結(jié)構(gòu)，大體上可分為污染邊界層和對流層，測站上空的污染邊界層較為明顯，其高度相對穩(wěn)定，約為0.5-1.4km。

大氣邊界層作為距離人們最近的一個氣層，對人們的影響是最直接和敏感的。借助激光雷達，能細致的觀測到大氣的分層結(jié)構(gòu)，而且通過連續(xù)觀測，可以準(zhǔn)確掌握大氣邊界層的變化規(guī)律，為理論研究提供最可靠的依據(jù)。

3.3其他方面的應(yīng)用

除了以上的應(yīng)用，激光雷達還在溫度探測，風(fēng)的探測，大氣成分，能見度等方面發(fā)揮著很大作用。目前利用激光雷達探測大氣溫度多數(shù)是利用瑞利散射，如美國通訊研究實驗室（CRL）的瑞利散射激光雷達系統(tǒng) 、加拿大Western Ontario大學(xué)的瑞利散射激光雷達系統(tǒng)等。隨著研究的深入，激光雷達的作用也會愈發(fā)的凸顯出來。

4小結(jié)

激光雷達技術(shù)集合了光電子學(xué)，大氣學(xué)，測繪遙感等多領(lǐng)域的最新成果，是一種非常先進的探測手段。由于成本等方面原因，在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用還不是非常的普及。激光雷達對氣象觀測有極大的促進作用，但不能否認其在探測方面也有一定的缺點。首先，激光雷達屬于高科技含量的產(chǎn)品，在制造設(shè)計中沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和反演的方法，數(shù)據(jù)的可比性和移植性比較差。其次，激光雷達只能實行定點的觀測，觀測的水平范圍較小，而且受天氣及氣象影響大，性能還有待進一步的提高。當(dāng)然，隨著激光雷達精細化和定量化程度的提高，其發(fā)展的潛力還是非常巨大的。

參考文獻

[1]Klett，J.D.，Stable analytical inversion solutions for processing lidar returns，A ppl Opt，1981，20，211～220.

[2]Fermald，F(xiàn).G.，Analysis of atmospheric lidar observation：somecomments，Appl.Opt，1984，23，652～655.

[3]張文煜，王音淇，宋嘉堯等.激光雷達反演參數(shù)k值的研究.高原氣象，2008，27（5），1083-1088.

第8篇：雷達技術(shù)范文

機載SAR/MTI雷達系統(tǒng)由機載SAR/MTI雷達、數(shù)據(jù)鏈及地面站3個部分組成。機載雷達完成多模式戰(zhàn)場偵察監(jiān)視功能，實時獲取戰(zhàn)場目標(biāo)情報信息（包含固定目標(biāo)圖像情報和運動目標(biāo)點跡、航跡情報），并通過數(shù)據(jù)鏈實時下傳到地面站進行顯示及分發(fā)。分為機艙外、機艙內(nèi)2個部分。機艙外設(shè)備為機腹下的船形天線罩內(nèi)的雷達天線，機艙內(nèi)設(shè)備包括低功率射頻單元、綜合處理單元和實時處理分機等。天線采用二維有源相控陣天線，在方位向和俯仰向進行二維電掃，能夠保證雷達成像的靈活性及對低空或地面運動目標(biāo)的快速搜索能力，提高了雷達的探測效率。多功率射頻單元包括1路SAR接收通道、4路MTI接收通道、晶振模塊、功分網(wǎng)絡(luò)模塊、時鐘本振插件、波形倍頻插件、激勵源插件、接收監(jiān)控插件等。綜合處理單元包括A/D采集和時序模塊，其中A/D采集包括SAR通道采集和MTI通道采集。實時信號處理單元由硬件以及嵌入式軟件組成，在硬件電路中包括DSP處理板、數(shù)字接口板等；嵌入式軟件由成像處理、動目標(biāo)檢測等算法處理軟件組成。在機艙內(nèi)與地面站均設(shè)有指揮控制臺，實現(xiàn)任務(wù)規(guī)劃、指揮與控制通信、監(jiān)視與圖像傳送等功能。在進行機載SAR/MTI雷達系統(tǒng)設(shè)計時，考慮如下三個方面技術(shù)特點。

（1）采用二維有源相控陣天線。

為滿足戰(zhàn)場監(jiān)視的遠距離、高分辨率、多模式偵察工作的需要，系統(tǒng)必須要有足夠的功率口徑積，同時為保證多模式戰(zhàn)場監(jiān)視所要求的寬視場覆蓋，選擇二維有源相控陣天線應(yīng)該是目前最佳方案。寬帶二維有源相控陣天線組成框圖，由可擴充陣列模塊（SAM）、波束形成網(wǎng)絡(luò)、延遲放大組件、波控、電源、環(huán)控、俯仰伺服控制等構(gòu)成。天線工作時由可擴充天線陣列模塊（SAM）完成天線的收/發(fā)、放大、幅相加權(quán)等基本功能；功分器構(gòu)成方位向子波束形成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)子陣功能；延遲放大組件用來實現(xiàn)不同波位所需的時延控制和發(fā)射/接收信號放大；方位向全波束形成網(wǎng)絡(luò)用于實現(xiàn)發(fā)射時的功率分配和接收時的雙模工作方式，距離向（俯仰向）的信號的分配/合成在SAM中完成，所有這些工作過程都是在波控的控制下進行的。采用SAM思想實現(xiàn)二維有源相控陣天線組陣的好處是可靈活組陣，實現(xiàn)不同尺寸規(guī)模的二維有源相控陣天線，能適應(yīng)多種載機平臺。寬帶二維有源相控陣天線還實現(xiàn)了在線校準(zhǔn)和BIT檢測的功能，為實際使用維護創(chuàng)造了便利的條件。

（2）實時多模信號處理技術(shù)。

SAR/MTI雷達系統(tǒng)中，實時處理分機完成實時動目標(biāo)檢測處理與SAR成像處理的功能，SAR/MTI系統(tǒng)的多模信號處理算法研究及其實時處理實現(xiàn)是研究的核心內(nèi)容。本系統(tǒng)SAR成像模式有條帶模式和聚束模式兩種，成像距離遠，距離走動與彎曲現(xiàn)象明顯，成像處理可以采用重疊子孔徑算法（OS－A），波數(shù)域（ω-k）算法等技術(shù)。OSA算法是先進行子孔徑粗成像和誤差補償，然后對各個子孔徑粗分辨圖像進行相干處理，得到全孔徑高分辨圖像；ω-k算法可以精確成像，算法也簡單，但是需要進行stolt插值，算法的效率受到一定的影響，不過隨著硬件處理能力的增強，處理速度可以得到解決。此外，需要采用基于運動傳感器的運動補償和基于回波數(shù)據(jù)的運動補償相結(jié)合的補償方法，先采用前者獲得粗估值，再采用后者進行精確估計，可以得到高分辨率SAR圖像。動目標(biāo)探測、跟蹤及定位正是SAR/MTI雷達有別于其它成像雷達的特色之處，在SAR/MTI雷達技術(shù)研究中一直處于非常重要的地位。MTI信號處理采用多通道處理技術(shù)。多通道MTI具有較好的地雜波抑制能力，能更好的進行動目標(biāo)檢測，同時采用四個接收通道，可實現(xiàn)動目標(biāo)的精確定位和測速。為了實現(xiàn)動目標(biāo)檢測的實時處理，多通道動目標(biāo)檢測處理主要關(guān)鍵技術(shù)包括通道均衡、雜波抑制、干涉儀定位等技術(shù)。通過通道均衡處理，提高雜波對消性能，從而提高目標(biāo)檢測性能。同時需要考慮計算量，以達到實時處理硬件的要求。

（3）實時數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

在實現(xiàn)MTI信號處理之后，需要進行實時數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)對地面動目標(biāo)的檢測、定位與連續(xù)跟蹤，形成航跡并疊加在實時SAR圖像或電子地圖上，并提取出目標(biāo)特征信息，形成完整的戰(zhàn)場態(tài)勢圖，以供進一步的情報分析決策評估。地面動目標(biāo)所處環(huán)境復(fù)雜，有嚴重的地雜波、雜波對消剩余引起虛警的飽和信號、干擾等因素，這些因素使得真實動目標(biāo)檢測、跟蹤與定位具有很大技術(shù)難度。動目標(biāo)的跟蹤需要針對不同掃描幀的動目標(biāo)點跡數(shù)據(jù)進行目標(biāo)關(guān)聯(lián)、分類，形成目標(biāo)運動的航跡，并對目標(biāo)運動的航跡進行平滑濾波，進一步可以預(yù)測目標(biāo)在下一掃描幀的位置或狀態(tài)。目標(biāo)關(guān)聯(lián)算法常用最大似然法的假設(shè)檢驗方法，平滑濾波及預(yù)測常用卡爾曼濾波算法。在目標(biāo)檢測后的輸出數(shù)據(jù)里，會出現(xiàn)同一目標(biāo)的數(shù)據(jù)存在于多個的距離～方位（或距離～多普勒）單元里，需要采用加權(quán)平均的方法凝聚成一個單元的數(shù)據(jù)，減少后續(xù)目標(biāo)關(guān)聯(lián)跟蹤處理的計算量。

2功能模式設(shè)計及試驗結(jié)果

SAR/MTI雷達系統(tǒng)設(shè)計時，充分考慮對地綜合監(jiān)視特點，以及雷達成像與運動目標(biāo)檢測同時工作需求，進行雷達體制選擇與系統(tǒng)工作模式設(shè)計?？紤]目標(biāo)包括地面各種運動目標(biāo)、靜止目標(biāo)和固定目標(biāo)場景，需要從各種目標(biāo)環(huán)境中檢測、識別目標(biāo)，設(shè)計工作模式包括廣域GMTI模式、同時SAR/GMTI模式、條帶SAR模式、聚束SAR模式、滑動聚束SAR模式及AMTI模式等。雷達體制選擇和處理方式與面臨的雜波環(huán)境密切相關(guān)，不同的工作模式針對的目標(biāo)類型不同，需根據(jù)不同模式所處的雜波環(huán)境對雷達體制和處理方式進行選擇分析。

（1）廣域GMTI模式。

廣域GMTI屬SAR/MTI雷達最主要的功能模式，要求對地面慢速運動目標(biāo)進行廣域監(jiān)視，實現(xiàn)檢測并生成點跡、航跡。廣域GMTI模式實時獲取的地面動目標(biāo)航跡顯示畫面，背景為電子地圖。對地面動目標(biāo)的最小可檢測徑向速度（MDV）優(yōu)于10公里/小時。

（2）同時SAR/GMTI模式。

同時SAR/GMTI是SAR/MTI雷達近些年發(fā)展的一個熱點，同時SAR/GMTI模式下雷達顯示畫面，實現(xiàn)在SAR成像同時完成動目標(biāo)檢測、定位功能，實時生成目標(biāo)批號、距離、方位、經(jīng)度、緯度和速度等情報信息。

（3）條帶SAR模式。

條帶SAR模式分辨率有0.5米、1米和3米，均為實時成像。0.5米分辨率條帶SAR實時圖像，實時輸出的圖像均已經(jīng)過地理編碼，易于進行圖像拼接及與數(shù)字地圖的疊加顯示等處理，得到圖像產(chǎn)品及典型目標(biāo)的位置信息。

（4）聚束SAR模式。

聚束SAR模式分辨率0.3m，也實現(xiàn)了實時處理。

（5）滑動聚束SAR模式。

除了定點聚束模式，系統(tǒng)還實現(xiàn)了滑動聚束SAR（聚束SAR模式與條帶SAR模式的混合模式）?；瑒泳凼Ｊ降暮锰幨强梢詳U大成像面積（方位向?qū)挾仍黾樱┣曳直媛什粫档?，劣勢在于成像孔徑和時間上要長（與相同成像距離的定點聚束相比）。

（6）AMTI模式。

SAR/MTI雷達實現(xiàn)AMTI功能是目前國際上的一個技術(shù)發(fā)展方向。本系統(tǒng)也實現(xiàn)了AMTI功能。為AMTI模式空中飛行目標(biāo)探測結(jié)果，在機載雷達幾分鐘的巡航過程中，一共發(fā)現(xiàn)了6批目標(biāo)，其中最遠的目標(biāo)距雷達286公里（圖中距離刻度單位5公里，方位刻度單位10°）。

3結(jié)束語

第9篇：雷達技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：公路工程質(zhì)量；雷達檢測

中圖分類號：F540.3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

探地雷達是一種廣譜電磁技術(shù)，用于確定地下介質(zhì)的分布情況。近年來，由于探地雷達具有高采樣率、無損檢測等優(yōu)點，它逐漸取代了原有的鉆孔取芯法而在各種工程中得到了極為廣泛的應(yīng)用。在進行檢測的過程中，這種方法只要配合少量的鉆孔就能夠了解公路的結(jié)構(gòu)及地層的各種變化情況，非常有效地克服了現(xiàn)行鉆孔法的不足。并且可以準(zhǔn)確地提供關(guān)于基層和面層厚度變化的一些真實情況，為實際施工提供了極具參考價值的可靠參數(shù)。

雷達檢測技術(shù)在公路工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

由于路基路面的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)以及其幾何尺寸都與電磁波旅行時間、行程以及行速具有密切關(guān)系,因此測知了電磁波旅行時間、行程以及行速后就能很快計算得到路基路面指標(biāo)的具體參數(shù),以及各種異常體的位置,如材料的厚度、彈性模量、含水量以及密實松軟狀況和異常物實際位置等。

1、公路路面面層厚度檢測

公路路面面層厚度檢測是公路無損檢測的主要內(nèi)容之一。一般公路厚度為10到20 cm, 高等級公路面層厚度為20到30 cm, 機場跑道路面厚度為40 cm 左右,這就要求探地雷達應(yīng)有較高的垂直分辨率。一般探地雷達的分辨率是子波波長的1 /4,要求天線有較高的反射頻率。1G 以上的反射頻率可以獲得較高的分辨率。 EP-71011型GPR 系統(tǒng)可以對路面厚度斷面進行不間斷的無損傷性地精確測量,一天內(nèi)可以完成上百公里路面的檢測,而每公里的檢測費用與其它技術(shù)相比要低得多,系統(tǒng)生成的結(jié)果十分容易理解，并能非常便捷地用于對某一路面工程或一路面網(wǎng)進行評估。

2、公路基層厚度檢測

公路基層厚度檢測原理與面層檢測是相同的。由于基層厚度相對較厚,且基層與底基層的材料介電常數(shù)相接近,就要求雷達既有探測深度,又有精度。

3、公路基層空洞及高含水量的檢測

一般基層空洞多發(fā)生在水泥混凝土路面下,在反復(fù)荷載作用下,混凝土板塊將發(fā)生斷裂、破碎,將嚴重影響公路的使用性能和使用壽命。由于空氣的介質(zhì)常數(shù)最小,則電磁波在遇到空洞后的反射強度將明顯低于基層材料,在雷達波形中可以清晰地分辨出空洞的區(qū)域。EP-71011型GPR 系統(tǒng)是探測脫空的一種有效的工具,最小可探測到3mm直徑的脫空,這套可靠的系統(tǒng)可以探測和分辨出氣孔和充水孔,并能以無損方式確定地表下高濕度區(qū)域的位置。一般基層高含水多發(fā)生在瀝青混凝土路面下,同時在混凝土板塊下空洞進水較為常見。從工程實踐可知, 基層的高含水量會嚴重威脅公路的結(jié)構(gòu)承載力,及時發(fā)現(xiàn)并整治它具有十分重要的意義。由于水的介電常數(shù)較大,則電磁波在遇到水后將發(fā)生極強的反射。在淺層區(qū)域,其反射強度往往大于面層的反射強度。

二、探地雷達檢測厚度的工作原理

1、探地雷達檢測路面結(jié)構(gòu)層厚度的工作原理

在道路的質(zhì)量控制工作中，最重要的一部分就是進行路面結(jié)構(gòu)層厚度的檢測。傳統(tǒng)上所使用的鉆心取樣法已經(jīng)遠遠不能滿足精確檢測的要求，因此通過對探地雷達測厚的工作原理進行理論分析，可以看出探地雷達技術(shù)在公路工程質(zhì)量檢測中所具有獨特的優(yōu)勢。利用探地雷達檢測公路面層厚度是一種反射波探測法。在特定的介質(zhì)中，電磁波的傳播速度v是保持不變的，因此根據(jù)探地雷達所記錄的地面反射波與地下反射波的時間差t，即可依據(jù)公式，計算出界面的厚度值h的大小，對于路面結(jié)構(gòu)層厚度的檢測而言，h即為面層的厚度，v表示電磁波在地下介質(zhì)(面層)中傳播時的速度。雷達所使用的電磁波都是高頻的，而公路面層所用的材料都屬于低損耗介質(zhì)，因此速度v的大小可由以下公式算出。反射信號的振幅與反射系統(tǒng)成正比，在以位移電流為主的低損耗介質(zhì)中，反射系數(shù)的強度也可以由特定的公式計算出來。上、下介質(zhì)的電性差決定了反射信號的強度，電性差越大，反射信號就會越強。對于瀝青混凝土面層來說，基層與面層之間存在著非常明顯的電性差，因此可以預(yù)期面層的底部會有強反射的出現(xiàn)。

三、探地雷達檢測厚度應(yīng)該注意的事項

探地雷達所面對的對象是十分復(fù)雜的，存在著很多未知而且難以確定的因素。因此，進行精確的操作，合理的使用以及系統(tǒng)而綜合的分析，才能夠有效減少誤差，在檢測過程中達到規(guī)定所要求的精確度。影響探測雷達測厚精確性的主要參量有回波、地面零點和路面的介電常數(shù)等。所以在進行探測雷達檢測的過程中國，應(yīng)該注意正確的確定這些參量，進而有效提高探測厚度的精確性。

第一，確定底界面的回波。目前情況下，解決問題的核心是提取界面同波信號，這是因為在現(xiàn)在技術(shù)條件下還不能給從原始的波形中直接而且精確區(qū)分出路基界面與路面的反射回波。而由于大部分的波和干擾波相對來說都是固定不變的，因此我們可以相關(guān)分析的方法來抑制雜波或者干擾波。具體而言，要的到一個比較準(zhǔn)確的底界面回波信號，可以利用—個不含界面反射信號的回波信號與含有界面反射信號的回波信號來進行相關(guān)分析。這就要求在實際的操作過程中，要以路面結(jié)構(gòu)中的最厚點為參考點。進行參考點的選擇時，可以從探測圖像上尋找并進行對比分析，也可以通過分析探測的波形來確定，或者將已有鉆探的最大厚度的探測點來作為參考點。

第二，確定地面零點。要確定電磁波在面層中的實際傳播的時間，除了知道回波時間外，還必須對地表面的位置進行正確的判定。地面零點的判斷正確與否，對于厚度值的讀數(shù)會產(chǎn)生直接的影響。

第三，標(biāo)定路面的介電常數(shù)。保證路面厚度值探測精度的關(guān)鍵參數(shù)是路面介電常數(shù)，一般情況下，介質(zhì)的介電常數(shù)會受到很多因索的影響，例如路面材料、施工工藝、密實程度、冶冰量等，同時不同探測點的介電常數(shù)也會出現(xiàn)差別。所以必須進行標(biāo)定，并采用鉆孔取樣，進而來保證檢測結(jié)果的有效性和可信度。

四、探地雷達檢測技術(shù)的優(yōu)缺點

探地雷達檢測具有如下技術(shù)特點：

對混凝土的穿透能力很強，可對較大深度進行測量。

能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸探測，并且探測速度快。

以增大頻率寬度和減小波長，進而實現(xiàn)高分辨率的探測。

微波有極化特性，可確定缺陷的形狀和取向。由此可以看出，雷達檢測技術(shù)具有無損、快速、簡易、精度高等優(yōu)點，在今后的公路工程施工中，探地雷達檢測技術(shù)會成為一項重要的地球物理探測技術(shù)，并能夠為依法規(guī)范道路建筑行為提供了強有力的科學(xué)技術(shù)保障。但是，探地雷達檢測技術(shù)在使用過程中，必須要與勘探工作合理地配合起來才能充分發(fā)揮作用。因為地下物理參數(shù)的差異以及周圍環(huán)境都會影響探地雷達檢測技術(shù)的效果，所以不能將探地雷達作為全方位的工程檢測工具，而忽略了與勘探工作的配合。因此，推廣探地雷達技術(shù)要針對具體問題，配合使用其它勘探方法，才能發(fā)揮出該技術(shù)的最大潛力。

雷達檢測技術(shù)是近幾年來發(fā)展非常迅速的一項探測技術(shù),以其高分辨率和高工作效率正逐漸成為地下隱蔽工程調(diào)查的一種有力工具。隨著信號處理技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展及實際操作經(jīng)驗的豐富積累,雷達檢測技術(shù)不斷發(fā)展,雷達檢測儀器不斷更新,應(yīng)用范圍也不斷擴大,現(xiàn)己廣泛應(yīng)用于工程地質(zhì)勘探、建筑結(jié)構(gòu)調(diào)查、無損檢測、水文地質(zhì)調(diào)查、生態(tài)環(huán)境等眾多領(lǐng)域。因此,探地雷達探測技術(shù)不僅大大節(jié)省了投資,而且明顯地簡化了現(xiàn)場工作程序,縮短了工作周期,從而根本上提高了工作質(zhì)量。

[參考文獻]