达曼光栅在成像激光雷达中的应用(2)
激光雷达根据其工作平台的不同，可以分为机载激光雷达、车载激光雷达、陆基激光雷达等。本文主要研究的车载激光雷达也是现在兴起的重要激光雷达应用之一，它是一种移动型三文激光扫描技术。将激光雷达加载于汽车上，来完成一系列探测、测量等任务，由于其精确度高、能随汽车快速灵活移动等特点，在实际应用中有极大价值。
传统成像激光雷达大多采用扫描照明的方式。这种技术利用单元探测器或线阵探测器，用二文逐点扫描法或一文逐线扫描法测量并得到目标物体的各点信息[2]，然后进行分析处理，整合得到所需得到目标整体信息。用这种方式，每一个激光脉冲的全部激光能量都集中在同一个点上，这样做的好处再有使用的激光光能量不必过高。然而这种一个脉冲对应目标上一点的扫描方式，对激光雷达的脉冲重复频率要求高。导致工作效率也比较差。除此之外这种扫描装置的系统体积大，用其成像不仅速度慢、会产生一定程度的畸变，分辨率也不会很高。
凭借展现出的捕获速度快、信息量大、结构紧凑可靠等优点[3]，新型面阵光探测器技术进入大众的视野，逐渐成为研究热点。20世纪80年代，面阵探测技术的发展已经比较成熟。紧接着在20世纪90年代，发明了基于面阵探测器的非扫描式成像激光雷达。它利用泛光一次照明整个图像，使用面阵探测器，得到目标物体上各点的距离和强度信息。这种技术最大的优点在于能够一次性得到整个目标的所需信息，这是扫描式激光雷达无法做到的。并且它克服了扫描事激光雷达难以达到速度快、分辨率的要求的缺点。
传统非扫描成像激光雷达系统通常采用泛光照明。这种照明方式简单但缺点众多，如光能量利用率低下、光强分布不均匀。点扩散函数在探测过程中所造成的信号串扰，使得光能量并未得到充分有效的利用[4]。因此导致成像效率低，而且不能准确地探测相对较远处的目标信息。
为了解决这一问题，提高非扫描激光雷达系统的成像质量和探测能力，阵列照明技术进入了研究人员的视野中。阵列照明技术将泛光照明改进为阵列光照明，这种技术能极大提高提高了光能量效率，而且能消除系统点扩散函数的影响产生的干扰。本文采用达曼光栅阵列照明技术，即在非扫描成像激光雷达发射端光学系统中加入达曼光栅，产生阵列光照明。达曼光栅是一种新型的二值相位光栅，通过其均匀分光效应，可以在傅里叶远场得到高强度且均匀的光点阵，将光能量集中到点阵上，相比泛光照明光能量的利用更加集中，提高系统的工作效率。
1.2 国内外研究现状
1.3 车载激光雷达的应用
车载激光雷达由于其突出的性能优点，目前受到了越来越广泛的关注，并在许多领域扮演起了越来越重要的作用。它主要有如下几方面的应用：
（1）应用于智能汽车系统中。将车载激光雷达加载于智能汽车智能驾驶系统，如前向预警系统、前向避免碰撞系统、自适应巡航控制系统。这一系统帮助驾驶员安全驾驶，保障人身安全及道路交通安全。其工作原理为：在车辆行驶的过程中，激光雷达不断发出激光，探测汽车周边环境状况。当探测到目标物体与本车辆处于一个危险的距离时，便会发出警报，更先进的系统更是能自动处理危险信号，做出减速转向等反映，保障人车安全。
（2）车载三文测绘技术。车载三文测绘技术能快速准确地获得目标对象三文影像数据，突破了传统测绘技术，由于其速度快、灵活性好、精确度高等优点，在实践中得到了良好的效果，推广应用到了多个领域。其工作原理为：在车辆运行探测时，用GPS确定车辆位置，激光雷达发出信号波，通过分析接受与发射信号的时间差来确定目标相对位置，推算出目标的准确坐标信息；同时分析接受信号的振幅相位等信息，整合得到目标物体三文数据。主要应用有路面信息检测勘测、城市布局规划、地形图测绘等甚至于文物保护等领域。
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