雷达技术精选(九篇)
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第1篇：雷达技术范文
关键词：林业资源调查；无人机；机载激光雷达技术；数据采集
20世纪80年代起，机载激光雷达技术逐步被应用到林业资源调查项目中。采用机载激光雷达技术可获取及识别三维坐标信息，实现对林业资源数据的动态化估测，尤其是在林分空间结构以及林木高度估测等方面表现出了良好的应用优势。经过多年发展，如今将机载激光雷达技术与无人机技术相结合，进而发展出无人机载激光雷达技术，相关技术具有操作方便、数据获取简单等优势，促使机载激光雷达技术在林业资源数据调查中得到广泛应用。因此，为更为深入确定林业资源调查中机载激光雷达技术的应用现状，以无人机载激光雷达技术为例，指出无人机载激光雷达技术的应用优势及不足，并说明未来应用前景，以期能够为后续机载激光雷达技术的发展提供一定参考。
1无人机载激光雷达系统的构成及工作原理
1.1无人机载激光雷达系统的构成
无人机载激光雷达系统主要由无人机、激光扫描仪、姿态测量和导航系统、数码相机以及数据处理软件等部分共同构成。无人机是无人机载激光雷达系统实施激光扫描作业时的空间载体和操作平台，其上可以搭载无人机载激光雷达系统所需的各种仪器设备，并且可以实现远程操作及控制，可有效降低数据采集时的能源损耗，降低林业资源调查的整体成本。通常情况下无人机载激光雷达系统所采用的激光扫描仪为数字化激光扫描仪，其是整个无人机载激光雷达系统的核心所在，可以通过激光扫描来获取地形地貌等三维空间信息。姿态测量和导航系统主要由GPS接收机、导航计算机、IMU惯性制导仪等设备共同组成，其中GPS接收机可以采用差分定位技术来获取无人机坐标信息；IMU惯性制导仪则可以获取无人机飞行过程中的飞行姿态，为激光扫描仪激光束发射角度及数码相机图像获取提供角度纠正支持[1]。为保障无人机载激光雷达系统的图像数据采集效果，应确保数码相机所获取的图像数据宽度与激光扫描仪的扫描宽度一致，所获取的图像数据经过纠正、镶嵌等一系列处理后，成为为林业资源调查提供重要数据支持的数字正射影像。激光扫描仪所获取的数据信息量相对较大，通常需要对相关数据信息进行预处理，此过程中所需软件为数据处理软件。
1.2无人机载激光雷达系统的工作原理
无人机载激光雷达系统在运作过程中会通过激光扫描仪主动向探测目标发射高频率激光脉冲，激光脉冲在照射到地物表面后会发生折射，进而被无人机载激光雷达系统接收。此过程中，无人机载激光雷达系统可以直接获取无人机距离地物表面的距离、坡度以及地物表面的粗糙度、反射率等数据信息，相关数据信息在经过数据处理软件分析处理后形成点云信息，即高密度三维空间坐标信息[2]。在GPS、导航计算机、激光扫描仪等系统设备的支持下，无人机载激光雷达系统不仅可以获取平面坐标信息，还可以获取地物的高程信息，并通过不同视角对相关三维坐标信息进行三维显示和量测，并采用数据处理软件获取三维坐标信息中所表达的地物表面积、体积等信息。无人机载激光雷达系统工作原理如图1所示。
2林业资源调查中无人机载激光雷达技术的具体应用
2.1单木分割
在无人机载激光雷达系统所获取到的点云数据足以识别出林分中的单木时，系统会根据林木种类的不同，采用不同的单木分割算法，对林分中的激光反射点进行有效点云数据分割。在完成点云数据精准分割后，采用数据分析软件进行分析处理，获取到林分中单木的树高、树冠、胸径等一系列数据信息。现有的单木分割算法大多是以冠层高度模型为基础，采用分水岭分割算法，将林分高点视作“山峰”，低点视作“山谷”，通过“水”对“山谷”进行填充，随着“水”填充量的额持续增加，不同山谷内的“水”也将会持续汇合，在汇合点出设置屏障，此片屏障便是分割结果[3]。在完成分割后，对单木进行自上而下分析，构建三维立体模型，获取单木的水平分布及垂直分布信息。某林木资源调查项目通过无人机载激光雷达技术所获取的数据信息如表1所示。
2.2树高估测
采用数据处理软件对激光扫描仪所发射的高频脉冲接触到树冠顶部和地面反射后所获取到的高程数据差进行计算分析，进而获取到树木的实际树高。树木树高作为林业资源调查的重要参数之一，其将会直接影响树木的质量和材积。在实际树高测量中，激光雷达系统所获取到树高估测数据主要分为样地水平和单木水平2种估测数据，其中样地水平估测数据还分为直接提取数据和间接提取数据，直接提取数据指通过直接数据获取的方式采集树冠顶部到地面的相对高度数据，间接提取数据则是通过构建树木冠层高度数据与激光雷达系统提取变量之间的相互关系来间接预估树木高度数据。
2.3叶面积指数
叶面积作为树木冠层结构的基本参数之一，其通常被定义为单位地面标记上所有叶片表面积的一半。在具体测量过程中，激光雷达系统会通过LAI（多种卫星遥感数据反演叶面积指数）反演，即通过激光扫描仪获取树木冠层物理常数信息与实测LAI指数数据来构建统计关系模型，进而根据模型对树木叶面积指数进行估测计算。相关物理数据可以间接反映激光扫描仪所获取点云数据在树木冠层中的分布情况，通常情况下，LAI指数与激光扫描仪所发生激光脉冲在树木冠层中的穿透和拦截情况有着直接关联，其中穿透指激光穿透指数，即激光雷达系统所获取到的地面点数量与所有激光点数量的比值；拦截指激光拦截指数，即树木冠层激光点数量与所有激光点数量的比值。
2.4郁闭度估计
林木郁闭度指林木冠层的垂直投影占林地面积的比值。通常情况下，林木郁闭度是林木资源采伐强度科学确定的重要指标因素，也是当前林木资源蓄积量估测的重要指标之一。此外，林木郁闭度还可以用于估算林分内激光反射数量与地面反射数量的比值。例如，当林木的郁闭度为100%时，说明林分内树木极为茂盛，内部没有开拓空间，不利于林下资源的生长；反之则表示林分区域开拓空间过多，需要继续增加林木资源量。从理论角度来看，对激光雷达系统所获取到的非地面反射点数量进行分析计算便可以得到林分中林木郁闭度，但想要保障此结果的真实性和有效性，还需要获取地面反射点数据密度分析数据。
2.5林分密度估测
所谓林分密度是通过已识别分析的树冠顶部数据进行预估分析后，获取到的单位面积内林木资源总数，林分密度的获取核心在于合理进行树冠分割。具体应用过程中，激光雷达系统会根据识别数据形成树冠高程模型，并以此为基础合理选择变化窗口在区域范围内进行最大值求解，将此过程中所获取到的最大值作为树冠顶部。常用的选择变化窗口形状为圆形状和矩形状搜索窗口，相关窗口的大小主要受树木高度的影响，树木越高，则搜索窗口的大小也将会越大，通过合理选择变化窗口的方式获取局部最大值，进而利用局部最大值预估区域范围树木总数，估测出林分密度。
3林业资源调查中无人机载激光雷达技术的应用不足及展望
3.1无人机载激光雷达技术的应用不足
结合当前实际来看，由于现有技术限制，无人机载激光雷达技术在林业资源调查中应用时仍然存在测量精度较低、样地布设工作量大、实际测量成本较高等不足。通常情况下，采用无人机载激光雷达技术对林木资源进行调查时，主要采用单株树法和样地法2种方法。采用单株树法调查时，获取的数据及预测精度较高，但对受主林层遮蔽的下林层树木的预测精度却相对较低，甚至会出现误测、漏测等情况，难以真正保障数据测量的精准性和有效性；采用样地法调查时，虽然测量效率相对较高，但预测精度低于采用单株树法时的预测精度。为有效提高无人机载激光雷达技术的测量精度，在实际测量前需在测量区域内设置多个样地，并安排专人对现场进行人工数据采集，之后根据采集数据拟合预测模型，编写数据处理程序，进而再将编写后的程序应用到具体林业资源调查过程中。由此可见，样地调查结果将会直接影响后续林业资源调查结果，而想要真正保障样地调查结果的有效性，必须加大样地调查工作量，促使无人机载激光雷达技术整体工作量大幅度增加。无人机载激光雷达技术更适用于实际规模较大的调查区域，由于样地调查、模型拟合、程序编写等诸多因素的影响，无人机载激光雷达技术的前期成本相对较高，若是在小面积调查区域使用，其分摊成本则会相对较高，而随着分摊面积的持续加大，无人机载激光雷达技术的实际分摊成本也将会持续减少。
3.2无人机载激光雷达技术的应用前景
利用无人机载激光雷达技术可以为获取高时空分辨率的空间信息提供更为有效的技术方案，此特征促使相关技术在诸多领域均有着良好的应用前景。其中在林业资源调查方面，利用无人机载激光雷达技术可领取垂直结构和水平结构的信息，为林业资源调查提供更为全面、有效的数据支持，不仅有利于推动林业资源调查的进一步发展，还有利于与其他技术手段相结合，构建出更适用于林业资源调查的新型技术手段。
4结束语
随着无人机载激光雷达技术的快速发展，如今无人机载激光雷达技术在林业资源调查中应用时所采集的地表点密度也在持续增加，单束激光脉冲所能够获取的反射数量也有所增加，进而促使系统可以获取更多的地表、地物信息。从林业资源调查项目实际需求以及无人机载激光雷达技术的不足来看，在未来无人机载激光雷达技术的激光脉冲发射频率和数据采集分辨率将会不断提升，进而促使无人机载激光雷达技术可以适用于不同地形、不同种类林木资源调查过程中。同时，无人机载激光雷达技术所构建出的三维虚拟仿真模型将具有更强的虚拟现实表达能力，相关模型的可靠性也将会进一步提升。在相关特点的支持下，无人机载激光雷达技术在林业资源调查中应用时所获取到的数据参数的精准性和有效性也会得到提升，最终获取到更为理想的数据成果。
参考文献：
［1］朱晓敏.浅谈无人机遥感技术在林业资源调查与监测中的应用［J］.南方农业，2020，14（20）：76-77.
［2］骆生亮.机载激光雷达技术在林业资源调查中的应用［J］.经纬天地，2020（2）：28-31.
第2篇：雷达技术范文
关键词：雷达技术；汽车防撞；安全系统
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.211
0 引言
由于汽车工业的快速发展和私家车数量的“井喷式”增加，汽车相撞引发的安全交通事故频繁出现，给人们的生命财产安全带来了巨大的威胁。而据一项实验统计报告数据显示，如果汽车驾驶员在碰撞“发生”的前一秒中得到安全预警的话，能够减少九成的汽车碰撞安全事故。雷达技术对于位置信息的判断和分析具有高精确度，因而将雷达技术用于汽车行驶过程中，对于汽车行驶的位置信息具有更加清楚地认识，对于具有危险性的行使距离提出预警，能够有效减少汽车碰撞安全事故的发生。
1 我国雷达技术在汽车防撞安全系统的应用现状
由于受到社会经济和技术发展的影响和制约，我国对于雷达技术在汽车防撞安全系统的应用还处于起步阶段，从技术水平到产品研发上还相对落后。
当前我国的汽车防撞安全系统中主要的研制内容在于微电子和毫米波技术，有很多研究机构重点关注微电子和毫米波的天线的研制和研发[1]。在汽车防撞安全系统中，喇叭天线和波导结构的收发前端已经逐步进入到实用化的阶段，在很多汽车中得到了推广和应用，同时也为毫米波雷达技术的研究打下坚实的基础。而像平面天线、前端集成化的研究在逐步展开，网络数据库存储和处理技术的发展为雷达信号的接收、处理和减少噪声的干扰提供了有力的保证。从总体上说，我国的雷达技术还较为落后，但早汽车防撞安全系统应用发展迅速。
2 雷达技术在汽车防撞安全系统中的意义
在汽车防撞安全系统中，雷达技术包含了雷达、超声波、红外线、信号接收器等，能够接收雷达装置发射的安全预警信号并向汽车驾驶员发出安全预警信号。
雷达技术在汽车防撞安全系统应用中，以其安全性、准确性、全天性发挥着越来越重要的作用。雷达技术能够在大雨、暴雪、强光、浓雾等不良天气下依然作出准确及时的安全预警，并且在电磁波、各种无线信号和噪音环境下能够稳定地工作，具有良好的抗干扰性。雷达发出的辐射能够保证在相对合理的范围内，不会对汽车驾驶员产生不良的生理损害。同时，兼具有快速的感应敏感性，在对汽车行驶中的距离、速度、方向等方面的探测中具有高度的准确性，特别是雷达安装装置采用天线阵列和高频器件的体积不大，占有的空间有限，非常适合于应用在汽车系统中[2]。
3 雷达技术在汽车防撞安全系统中的应用
在汽车防撞安全系统中，雷达技术通过探测汽车在行驶过程中周围无论是静止的还是运动中的目标的距离、速度、角度、方向等内容。如果汽车距离目标的距离过近或者会有危险目标时，汽车的防撞安全系统装置会发出预警信号，汽车驾驶员在收到预警信号后可以及时作出反应，从而有效减少相撞安全事故的发生，保证汽车驾驶和交通运行的安全性。
3.1 雷达技术在汽车防撞安全系统介绍
在汽车防撞安全系统中，雷达技术应用主要有天线、信号接收器、混频输出、信号处理和信号预警几大部分。一般来说，汽车防撞安全系统中雷达技术通常采用具有高效率的微带阵列天线，有直线微带线馈送和矩形辐射单元构成，并且为了微带阵列天线的接受效率将直线微带线和无分频器、阻抗变压器连接于微带阵列天线的拐角处。
雷达信号是由压控振荡器经过三角、锯齿波调制后发出信号调频连续波，在混频器接收信号时经过天线传导向外进行发射，当前方碰到有障碍物的时候，发射的目标信号会“反射”被接收天线回收成为回波信号。当本振信号和回波信号“组合”经过射频前置放大之后进入到混频器中，混频器会输出相对频率较低的信号，在信号中含有障碍物、汽车之间的目标距离和速度情况，经过放大之后将其他的噪音和信号进行屏蔽或者过滤，通过数据信号转换分析，就能准确地给予汽车驾驶员安全警报[3]。
3.2 雷达技术在汽车防撞安全系统中的应用方式
汽车防撞安全那系统中雷达技术的应用方式主要是通过信号的调制完成的，信号调制主要包括简单矩形脉冲雷达、脉冲压缩雷达、调频连续波雷达方式[4]。
简单矩形脉冲雷达在脉冲期间的信号发射频率非常稳定；脉冲压缩雷达的目的是对高平均发射功率和高效距离进行分辨，使得雷达所接收的“无关”信号尽可能地少，在脉冲期间信号发射频率的稳定性不断增加，对于距离的准确性测试精确度更高，但是对于雷达装置和雷达技术的要求较高；调频连续波雷达通过信号频率在发射和传输在时间上的变化对目标距离进行测定，在调频期间整体的频率会整体上呈现递增或者是递减的趋势。
4 结语
综上所述，随着社会的进一步发展，我国的交通状况、道路条件、人口环境都会不断出现新的问题，特别是汽车的急剧增加给社会交通状况带来了巨大的压力，也给汽车行驶、行人安全带来了生命财产的巨大威胁。所以说，将雷达技术应用于汽车防撞安全系统中，对于汽车周围目标物的距离、速度和方向掌握更加准确，使得汽车行驶更加安全稳定。
参考文献：
[1]许宏亮.汽车防撞雷达技术研究[D].国防科学技术大学，2007.
[2]吴鱼榕.汽车防撞雷达预警系统中关键技术的研究[D].电子科技大学，2009.
第3篇：雷达技术范文
关键词：机载激光雷达；电力线路设计；工程应用
作者简介：廖新育（1977-），男，江西崇仁人，绵阳电业局绵阳奥瑞特电力设计咨询有限公司，工程师；窦延娟（1985-），女，河北平乡人，绵阳天眼激光科技有限公司，工程师。（四川 绵阳 621000）
中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）36-0148-02
一、概述
机载激光雷达（Airborne Light Detection and Ranging，简称airborne LIDAR）技术集全球定位技术、惯性测量技术、激光扫描技术及高精度控制体系于一体，通过主动向目标发射激光快速获取目标的三维信息。它集中体现了激光测距技术、高精度动态载体姿态测量技术、高精度动态GPS 差分定位技术和计算机技术的迅速发展，是近十年来摄影测量与遥感领域革命性的成就之一，也是目前最先进的三维航空遥感技术。[1]机载激光雷达系统源于1988-1993年间德国斯图加特大学将激光雷达测量技术与POS系统集成一体形成的空载激光雷达测量系统（Arkerman-19）。由于其能穿透植被叶冠、探测细小目标、可快速获取数据等特点，自上世纪90年代以来机载激光雷达技术迅速发展，目前世界上已有多个国家生产机载激光雷达设备，该技术的应用也越来越广泛。机载激光雷达技术在电力线路设计中的应用最近在我国电力建设过程中也呈渐长趋势。
二、系统组成及工作原理
目前世界上主要的机载激光雷达系统主要有Riegl公司的LMS-Q系列，美国Leica公司的ALS系列，德国Toposys的FALCON系列和HARRIER系列，加拿大Optech公司的ALTM系列（地形测量）和SHOALS系列（水深探测）等，结构各不相同，但主要由POS系统、激光扫描仪、控制单元组成，很多机载激光雷达系统也将数码相机集成在一起。
POS系统主要由全球导航系统（GPS）和惯性测量单元（IMU）组成，其中GPS连同地面基站GPS接收机实时动态测量飞行平台的位置，一般采用载波相位差分GPS技术、单点定位技术解算GPS数据；IMU实时测量飞行过程中平台的姿态，与GPS数据融合计算扫描仪的位置和姿态。
机载激光扫描仪一般采用半导体二极管和半导体激光器，具有高性能、高重复频率、大功率、窄脉冲等特点，波长范围一般在800-1600nm，常见的扫描方式有钟摆式、旋转棱镜式和光纤扫描式三种。
由于激光扫描仪测得的数据没有光谱信息，在机载激光雷达系统上同时搭载高精度的数码相机，在激光扫描仪扫描地面的同时拍摄地面影像，通过后数据处理可以得到测区的正射影像，可为激光雷达点云数据处理提供影像参考信息，与激光点云数据相互补充，提供更丰富的地表信息。
机载激光雷达系统包括多个组成部分，在工作时各组成部分之间需要通过控制单元高度协同，如在接受到一个激光脉冲信号时就需要同时记录返回信号的时间标记，由于GPS接收机的频率和IMU、激光扫描仪的频率各不相同，位置测量、姿态测量和激光测距不可能严格同步，这就需要借助时间标记信息内插出接收激光脉冲时刻的位置和姿态。中心控制单元一般采用导航、定位和管理系统严格同步的方式记录IMU角速度、加速度增量以及GPS位置、激光扫描仪和数码相机数据。
机载激光雷达系统在工作时通过激光扫描仪主动向目标发射高频率的激光，接收反射回来的激光，同时记录时间，通过发射激光到接收激光之间的时间计算出激光扫描仪到目标的距离，结合POS系统获取的平台位置和姿态数据即可计算出目标的三维坐标。
三、技术特点
机载激光雷达的特点主要有：（1）可以24小时全天候工作：激光雷达是主动探测，不受光照的影响，可以全天候工作；（2）能够穿透植被的叶冠，同时测量地面点和非地面点：激光波长较短，可以穿透植被叶冠，形成多次回波，获取的数据信息更丰富；（3）能够探测细小目标物体：激光的波长较短，能够探测细小的目标，如电力线，而传统的摄影测量和雷达都不能够探测到细小的电力线；（4）获取数据速度快：相对于传统摄影测量，机载激光雷达可直接获取目标的三维坐标，数据获取速度大大提高；（5）获取数据精度较其他航测技术要高。
四、数据成果
应用机载激光雷达技术采集数据，能够得到更丰富的数据成果。通过对点云数据的滤波处理的，可以得到高精度的DEM和DSM。尤其在我国西部南疆沙漠、青藏高原和横断山脉地区，气候恶劣，交通不便，一般测量技术无法完成测量工作，而应用航空摄影测量技术沙漠地带很难选择控制点，森林区域无法穿透植被获取地面信息。采用机载激光雷达技术，能够突破这些局限性，得到西部区域的地形图；通过对同时获取影像的正射纠正及镶嵌处理可以得到高分辨率的DOM；通过DSM和DOM的融合可以得到真实三维场景图；通过对点云数据的分类处理运算，可以得到三维的房屋、树木等地物；通过对激光点云数据的进一步处理，还可以得到树的高度分布图。
五、机载激光雷达在电力线路设计方面的优势
超高压送电线路是国家主干电网的重要组成部分，随着国家电力建设的加速发展，起建设速度也越来越高，目前其建设要求主要体现出以下特点。
（1）线路距离长，覆盖范围大；（2）安全可靠性要求高；（3）建设工期要求越来越短；（4）线路通道选择越来越困难。这些要求所使用的测量方法必须满足以下要求：数据获取周期短；数据精度高；能够获取大面积的三维地表数据；在通道狭窄地区地物分辨清晰。
机载激光激光雷达技术能够完全满足当前快速发展的电网建设对数据获取的要求，较传统测量技术相比，具有明显的技术优势，主要体现在以下方面。
（1）直接在数字高程模型、数字地面模型、数字正射影像等数据构建的高精度三维全景环境中进行快速、便捷的优化设计，包括线路路径、空间量测、风景带、农田、建筑物等的绕行、开挖方量自动计算、拆迁计算等，可以对选线区域的拆迁、工程量进行快速、准确、智能化评估、计算与分析，并做出最优决策。
（2）由于机载激光雷达获取的数据是三维的，能够在图上快捷方便地进行各种三维量测，满足电力线路设计对各种距离的苛刻要求，如树高、房高量测，安全距离量测等。
（3）通过机载激光雷达获取的DEM、DSM和DOM，可以实施获取选线区域的截面图，并能方便进行空间三维量测，减少了很多野外实地勘测工作，通过室内三维场景图选线与野外勘测的地形地物相差很小，大大减少了野外作业时间，提高了选线定位设计效率。
（4）成果数字化移交：应用机载激光雷达巡线获取的数据很容易建立真三维电网GIS系统。通过三维电网系统可以精确地掌握线路走廊内地物与线路的空间关系；设置植被基本生长参数，可模拟线路走廊内的植被作生长情况，模拟风险分析；还可以进行线路磁场干扰分析和安全范围分析，对不同电压等级的电网管理更科学。
（5）与传统摄影测量技术相比的优势：1）作业周期短，由于机载激光雷达技术不需要野外选择塔基点，极大地减少了野外控制测量及野外调绘的工作；2）能够直接获取目标的三维坐标，并可在数据成果中直接进行三维量测；3）用于电力线路优化设计的数据产品更加丰富，精度更高；4）优化线路路径，特别是可以精确的控制减少房屋跨越及房屋拆迁数量。
六、工程应用实例
在绵阳奥瑞特电力设计咨询有限公司总承包项目中国涡轮研究院输变电工程线路部分的电力选线工程中，我们采用动力三角翼飞机搭载的小型机载激光雷达系统进行数据的采集，通过后期快速的数据处理得到高精度的DEM和DOM，采用专门研发的选线软件进行电力线路的设计及优化，不仅提高了线路设计效率，缩短总承包周期，同时还在优化路径的过程中，减少线路转角次数，特别是大大减少房屋拆迁量（原传统选线需拆迁房屋7360平方米，现在需拆迁房屋940平方米，共减少6420平方米）。
在该工程应用中，我们根据地面GPS基站数据和机载GPS数据进行差分计算，得到高精度的定位结果，然后与IMU数据进行融合计算，得到LAS格式的激光点云数据。我们应用TerraSolid软件进行所有的数据后处理工作，包括点云数据的分类滤波（即从点云中分离出地面点、植被点、建筑物点、电力线点等）、DEM的提取、正射影像纠正及镶嵌、等高线的提取等，为电力线路勘测设计提供了丰富的地形数据产品。
在电力线路优化设计中，我们采用自主研发的三维电力线路设计软件，综合高分辨率的DOM和DSM/DEM得到真实场景图，可从不同视角观看设计线路周围地物状况，并且能够快速查看地形断面图、测量树高及房高，实现了在室内完成电力线路的设计优化工作。电力线路确定后，该三维电力线路设计软件能够半自动生成电力设计单位使用的平断面图，并且根据需要可自动生成风偏断面，便于线路设计人员进行排杆（塔）定位。图1即为在使用激光雷达技术后处理成的地形图上选定的电力线路路径。
七、结束语
应用机载激光雷达技术采集的数据进行电力线路选定线设计，数据获取速度快，数据产品丰富，包括高精度的DEM、DSM、高分辨率的DOM，同时还可将房屋、树木等地物自动提取出来，通过特定的三维电力选线软件，能够以不同视角查看真实三维场景图，对于线路的空间关系了解得更加明确，能够在室内完成电力线路的选定线设计及线路路径通道优化工作，同时能够准确地统计线路覆盖范围内的房屋及待砍伐植被。不足之处在于，在激光雷达采集的数据后处理过程中，由于低空飞行，每幅影像范围较小，所以总的测区范围内影像数量较大，导致在一定程度上影响了数据处理速度，这能通过后处理过程优化加以改善。但总的来说，在电力选线工程项目中应用激光雷达技术能够大幅度提高线路工程设计中的选定线工作效率，大大缩短设计周期，降低设计单位线路设计外业勘测成本，同时，极大程度地降低工程总投资。
参考文献：
[1]密威.机载激光雷达技术在电力线路勘测中的应用[J].科技咨询,2009,(19):5-8.
[2]蒙祥达,李新科.机载激光雷达技术及其在电力工程中的应用[J].广西电业,2007,(9):81-83.
第4篇：雷达技术范文
关键词：地质勘探 合成孔径雷达 技术研究
一、 原理
对于雷达和目标都固定的成像应用，假设雷达以一定的脉冲重复频率（PulseRepetition Frequency，PRF） 发射了M个脉冲组成的线性调频脉冲序列，每个脉冲的带宽为B，脉冲宽度为 ，每个脉冲共采样N次。经过压缩处理，处理器得到图像的距离分辨率为：
其中c为光速。
图 1转动目标
如果雷达需要对转动的目标进行成像，则需要进一步分析。如图1所示，假设雷达位于远场中，观测一个中心在坐标原点，角速度为Ω的转盘。考虑转盘上一个坐标为（r， ）的点，速度为rΩ，视线（Line ofSight，LOS）上的速度为v=-rΩsin ，其中 为初始角度，r为离中心距离。该点到距离向轴的垂直距离为y=rsin ，LOS速度为v=-rsin Ω=-yΩ。因此在转盘上点的LOS速度与该点的方位Y坐标成正比，而与距离坐标无关。
因此，如果转盘的方位向轴垂直于LOS，则可以在距离多普勒处理中，将速度等效为方位坐标，就能把雷达回波还原为一个距离和方位上的二维目标像。方位向上的分辨率为：
其中 为采样频率， =l/ ， 为载波波长， 为圆盘在持续时间 内的转动角度。
式（1）和式（2）是成像雷达中最基本的分辨率表达公式。在数学上，雷达固定目标转动和雷达运动目标固定的成像原理是一样的。前者称为1SAR，后者称为SAR。
实际上这两者并不互逆，有些情况的成像过程既可以看成SAR，也可以看成ISAR，这只是一个约定俗成的问题。
对于简单目标的成像应用，基本的SAR原理非常容易阐述。下面进行的简单分析过程给出了SAR和ISAR的相同点，以及它们能够感知旋转这一共同的基础。
当一个雷达照射目标时，它离目标距离R并以速度矿围绕目标旋转， 目标上垂直于雷达视线方向上相距d的两个点会带来2Vd＼ R的多普勒差异。其中 是雷达的波长。这个分析在下文中的数据位数确定一节中有详细推导。
如果对持续时间长度为 的回波进行频谱分析，那么可分辨的频率为1/ 。因此，相应的方位向上目标分辨率为：
其中 是雷达视线在持续时间 内扫过目标的角度。
式（3）说明了众所周知的事实：方位向最佳分辨率依赖于积累时间 与斜距R的比值。这也说明了对于一定的雷达波长，增大 带来了方位向分辨率的改善。
二、距离多普勒成像
SAR的高分辨率来源于对回波数据进行距离.方位二维脉冲压缩。通常积累时间 内的M个回波脉冲可以看成是对一个很宽脉冲的M次抽样，这个很宽的脉冲宽度就是 。
距离多普勒图像包含许多分辨单元，每个分辨单元中包含了目标的幅度和散射点
在距离向和方位向上的位置信息。距离多普勒成像是基于目标相对于SAR的运动。点目标对线性调频信号的回波经过脉冲压缩形成了距离向上的高分辨率，同时点目标的回波被方位向上的阵列天线依次接收，依次接收的回波经过方位向压缩形成了方位向上的高分辨率。
三、距离向压缩
成像雷达如果既需要获得较大的探测距离，又需要获得较高的距离分辨率，那么就必须发射高峰值功率的窄脉冲。但是实际情况下所能利用的峰值功率电平是有限的。
因此，为了在峰值功率电平有限的情况下获得较大的探测距离，发射机必须发射相当宽的脉冲。假设发射脉冲宽度为tp，则雷达的距离分辨率为：
四、聚焦SAR与非聚焦SAR
非聚焦SAR是对回波信号的简单处理方法，指不改变孔径内从各个不同位置来的信号的相位就对存储信号进行累积操作。可以想到，既然对各个不同位置来的回波不进行相位调整，相对于阵列到待测绘区域的距离而言该阵列必须足够短。这样的话从该区域任意点到各个阵列单元的视线基本上都是平行的。现在假定阵列长度与到待测绘区域的距离之比是一个较大的分数，则从该距离处的一点至各个天线单元的视线将会散开，即阵列单元到目标的距离各不相同。这种距离上的极小差异可能导致各个阵列单元从该目标接收到的回波相位有较大的差异，假设在合成孔径边缘的最大相位偏移不超过Ω/4，则得到非聚焦SAR的方位分辨率为：
由此可见非聚焦SAR得到的方位向理论分辨率与雷达波长和斜距有关。非聚焦SAR处理全过程如图2 所示。
图2 非聚焦SAP，.成像处理
鉴于非聚焦SAR这样的缺陷，对天线阵列的聚焦操作就显得非常重要。对阵列的聚焦很大程度上可以消除对阵列长度的限制。于是适当加长阵列的长度，雷达在任何所需距离上都可达到不变的分辨率。
从原理上说，使阵列聚焦所要完成的全部工作就是对每个阵列单元接收到的回波加以适当的相位修正。任一单元的相位误差，也就是用于消除误差所需的相位旋转正比于该单元到阵列中心的距离平方。
五、总结
随着合成孔径成像雷达的快速发展，SAR回波信号仿真技术的发展方向是对回波模拟系统的分辨率要求越来越高，而且对PRF的要求也越来越高。目前国外正朝着分辨率为O.1m甚至更高分辨率的方面发展，PRF可能达到4000Hz，这对回波模拟仿真实现提出了更高的要求。若分辨率提高到0.1m，和目前的系统相比，其目标信号生成的运算量和数据量将是本设计的4倍；若PRF提高到4000Hz，则每毫秒需要生成4个原始回波信号，要求并行处理模块和卷积模块的速度是现在的7倍以上。为了满足SAR系统和成像算法研究的需要，必须研究性能更强的回波模拟器。当然随着并行计算技术的发展，同时更加先进、功能更为强大的FPGA投入测试和使用，使得运算量更大、功能更为复杂的回波模拟器成为可能。
总结过去和现在，回波模拟仿真作为电子对抗来说所有可能的对抗技术已经被发明了。然而新的技术肯定会被提出和发展。电子对抗系统设计者必须努力发展独立的技术和系统结构，新技术的开发才能根本地解决工程勘察及地质测绘问题。
参考文献：
[1] 黄培康，殷红成，许小剑编著.雷达目标特性[M]. 电子工业出版社， 2005
[2] 袁孝康著.星载合成孔径雷达导论[M]. 国防工业出版社， 2003
第5篇：雷达技术范文
关键词：地理信息行业；地理信息数据采集；机载激光雷达技术；GI
一、地理信息行业及数据采集概念
地理信息行业是以地理信息系统（GIS）、遥感、导航卫星定位系统等地理信息技术为基础，以地理信息资源的生产和服务为核心的战略性新兴产业。
按产业链结构分，地理信息产业可以分为地理信息制造业、地理信息软件业及地理信息服务业。地理信息制造业是地理信息产业链的上游，包括如地理影像信息、波形图、碎步点等原始数据采集获取及其设备的生产，信息商品包括各种GPS设备、影像扫描设备、数据采集设备及各种测量原始数据等；地理信息软件业是数据的处理和生产，信息商品包括各种地理信息系统软件、数据采集软件、成果展示软件以及管理和决策软件；地理信息服务业中的信息商品包括各种电子地图和模拟地图产品的增值服务、信息咨询等。
由此可见，地理信息数据采集是地理信息产业的基础环节，是地理信息产业及相关服务的第一步。
二、行业现状
地理信息行业是以现代测绘技术和信息技术为基础发展起来的综合性高技术产业，目前其应用领域已涵盖规划、国土、城管、公安、工商、税务、环保、房产、卫生、药监等30多个领域。
2014年1月《国务院关于促进地理信息产业发展的意见》出台，地理信息产业被纳入战略性新兴产业范畴，上升为国家战略。政策支持相继出台，我国地理信息产业开始进入飞跃期。根据国家发展改革委会同国家测绘地信局组织编制印发的《国家地理信息产业发展规划（2014―2020年）》，“十二五”以来，产业服务总值年增长率30%左右，截至2013年底，企业达2万多家，从业人员超过40万人，年产值近2600亿元。到2020年，政策法规体系基本建立，结构优化、布局合理、特色鲜明、竞争有序的产业发展格局初步形成。科技创新能力显著增强，核心关键技术研发应用取得重大突破，形成一批具有较强国际竞争力的龙头企业和较好成长性的创新型中小企业，拥有一批具有国际影响力的自主知名品牌。产业保持年均20%以上的增长速度，2020年总产值将超过8000亿元，成为国民经济发展新的增长点。
国家测绘地理信息局就《国务院办公厅关于促进地理信息产业发展的意见》答问指出，近年来我国地理信息产业年均增速超过25%，《意见》根据对地理信息产业发展的预测和我国近年来地理信息产业发展的实际，提出了未来发展目标。这个目标可概况为：一条主线，四大目标。“一条主线”，就是以形成地理信息获取、处理、应用为主的成熟产业链为主线。地理信息应用位于地理信息产业链的下游，是产业发展的重点领域，也是最具潜力的领域。“四大目标”，就是用5～10年时间，在市场主体方面，形成若干个龙头企业和一批充满活动的中小型企业。
三、几种地理信息数据采集方法对比
目前，地理信息数据获取产业中，针对大地工程测量的方法主要包括：传统人工测量方法、航空摄影、机载雷达摄影（LIDAR）、机载合成孔径雷达测量（SAR）等，几种主要测量方法优劣对比情况如下：
四、机载激光雷达摄影技术介绍
激光雷达（Light Detection And Ranging，简称LIDAR）大致分为机载和地面两大类，其中机载激光雷达是一种安装在飞机上的机载激光探测和测距系统，可以量测地面物体的三维坐标。机载激光雷达是一种主动式对地观测系统，是90年代初首先由西方国家发展起来并投入商业化应用的一门新兴技术。它集成激光测距技术、计算机技术、惯性测量单元差分定位技术于一体，该技术在三维空间信息的实时获取方面产生了重大突破，为获取高时空分辨率地球空间信息提供了一种全新的技术手段。它具有自动化程度高、受天气影响小、数据生产周期短、精度高等特点。机载LIDAR传感器发射的激光脉冲能部分地穿透树林遮挡，直接获取高精度三维地表地形数据。机载LIDAR数据经过相关软件数据处理后，可以生成高精度的数字地面模型DTM、等高线图，具有传统摄影测量和地面常规测量技术无法取代的优越性。
机载激光雷达系统主要包括：
（1）激光测量装置。它的数据发射量和功率非常大，每秒最多可发射12.5万个激光点，测量距离为离地面30～2500m。测量到地面的激光点密度最高可达65个/m2，正常飞行高度情况下（航高800m），在植被比较茂密的地区也有一定量的激光点射到地面上。
（2）GPS接收机。通过接收卫星的数据，实时精确测定出设备的空间位置，再通过后处理技术与地面基站进行差分计算，精确求得飞行轨迹。
（3）惯性测量装置（IMU）。由装置将接收到的GPS数据，经过处理，求得飞行运动的轨迹，根据轨迹的几何关系及变量参数，推算出未来的空中位置，从而测算出该测量系统的实时和将来的空间向量。
（4）数码相机。采用高分辨率数码相机，在1000m的飞行高度，影像地面分辨可达到250px，可以获得高清晰的影像。通过影像与激光点数据整合处理后，可以得到依比例、带坐标和高程的正射影像图。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）其他相关设备。其他相关装备有飞机、计算机、专业数据处理软件等，用于完成诸如数据解算、图像解压、数据转换、点云分类、影像拼接、影像匀色等主要工序，其技术较稳定、成熟，自动化程度高。
五、未来发展
目前，全国引进激光雷达技术设备的企业不超过30家，真正采用机载激光雷达技术从事测绘生产的更少，如广州建通测绘技术开发有限公司2008年即主要应用该项技术生产，属于该领域先驱，大部分购入设备企业属于科技、学校、国有单位，主要用于研发和作为本单位的生产保障。
由于机载激光雷达技术在地理信息测量方面具有测量精度高、人工投入低、环境适应能力强、产出效率高及数据可编辑能力强的优点，结合灵活的搭载方式，LiDAR技术可以广泛应用于基础测绘、道路工程、电力电网、水利、石油管线、海岸线及海岛礁、数字城市等领域，提供高精度、大比例尺（1：500至1：10000）的空间数据成果。随着市场接受度的不断提高及实践测量经验技术的不断丰富，机载激光雷达技术在地理信息数据采集及分析领域的市场空间将更加广阔。
参考文献：
[1] 国家发展改革委会同国家测绘地信局.国家地理信息产业发展 规划（2014-2020年）[Z].2014.
[2] 国家测绘地理信息局.测绘地理信息科技发展“十二五”规划[Z].2012.
第6篇：雷达技术范文
【关键词】探地雷达；检测技术；路面；隧道
一、引言
探地雷达方法是通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的分界面时发生反射，根据接收到的电磁波的波形、振幅强度和时间的变化等特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。
探地雷达是一种广谱电磁技术，用于确定地下介质的分布情况。近年来，由于探地雷达具有高采样率、无损检测等优点，它逐渐取代了原有的钻孔取芯法而在各种工程中得到了极为广泛的应用。在进行检测的过程中，这种方法只要配合少量的钻孔就能够了解公路的结构及地层的各种变化情况，非常有效地克服了现行钻孔法的不足。并且可以准确地提供关于基层和面层厚度变化的一些真实情况，为实际施工提供了极具参考价值的可靠参数。
二、探地雷达检测厚度的工作原理
1、探地雷达检测路面结构层厚度的工作原理
在道路的质量控制工作中，最重要的一部分就是进行路面结构层厚度的检测。传统上所使用的钻心取样法已经远远不能满足精确检测的要求，因此通过对探地雷达测厚的工作原理进行理论分析，可以看出探地雷达技术在公路工程质量检测中所具有独特的优势。
利用探地雷达检测公路面层厚度是一种反射波探测法。在特定的介质中，电磁波的传播速度v是保持不变的，因此根据探地雷达所记录的地面反射波与地下反射波的时间差t，即可依据公式h=vt/2，计算出界面的厚度值h的大小，对于路面结构层厚度的检测而言，h即为面层的厚度，v表示电磁波在地下介质(面层)中传播时的速度。雷达所使用的电磁波都是高频的，而公路面层所用的材料都属于低损耗介质，因此速度v的大小可由以下公式算出。v=c/该式中，c表示电磁波在大气中传播的速度，约为300 000km／s，的大小取决于构成面层的所有物质的介电常数，它表示的是面层的相对有效介电常数。反射信号的振幅与反射系统成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数的强度也可以由特定的公式计算出来。上、下介质的电性差决定了反射信号的强度，电性差越大，反射信号就会越强。对于沥青混凝土面层来说，基层与面层之间存在着非常明显的电性差，因此可以预期面层的底部会有强反射的出现。
2、探地雷达检测隧道二衬厚度的工作原理
用探地雷达来进行隧道二衬厚度的检测时，所采用的方式是反射测量，它的工作原理是天线发射器将高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，发射到介质内部，然后经过存在电性差异的介质层，雷达天线接收器接收一部分被反射折向地面的电磁能量，而另一部分能量被折射进入到下一层介质后继续传播。通过测得的反射波旅行时间及电磁波在介质中的传播速度，就可以计算出反射面距离表面的距离。与此同时，根据接收到的反射波的波形、振幅和频谱的变化，就能够判定出介质的性质和属性。
当发射天线和接收天线相距很近时，目标的深度h可近似为 h=vr／2
因此探地雷达在对测试资料进行详细的分析和处理基础上，能够较好地对隧道衬砌厚度做出精确的检测。但是在检测过程中，由于探测精度与所取的波速有很大的关系，所以需要在检测现场测取足够量的点数的雷达波来测取波速。而通常情况下，雷达波在混凝土中具有一定的离散性，这种离散性有时可达5％一10％，因此在注意波速测取的情况下，可以将衬砌厚度的误差限制在2cm-4cm的范围内。由于方法本身还存在着一定的问题，需要进一步的进行完善。
三、探地雷达检测厚度应该注意的事项
探地雷达所面对的对象是十分复杂的，存在着很多未知而且难以确定的因素。因此，进行精确的操作，合理的使用以及系统而综合的分析，才能够有效减少误差，在检测过程中达到规定所要求的精确度。影响探测雷达测厚精确性的主要参量有回波、地面零点和路面的介电常数等。所以在进行探测雷达检测的过程中国，应该注意正确的确定这些参量，进而有效提高探测厚度的精确性。
第一，确定底界面的回波。目前情况下，解决问题的核心是提取界面同波信号，这是因为在现在技术条件下还不能给从原始的波形中直接而且精确区分出路基界面与路面的反射回波。而由于大部分的波和干扰波相对来说都是固定不变的，因此我们可以相关分析的方法来抑制杂波或者干扰波。具体而言，要的到一个比较准确的底界面回波信号，可以利用—个不含界面反射信号的回波信号与含有界面反射信号的回波信号来进行相关分析。这就要求在实际的操作过程中，要以路面结构中的最厚点为参考点。进行参考点的选择时，可以从探测图像上寻找并进行对比分析，也可以通过分析探测的波形来确定，或者将已有钻探的最大厚度的探测点来作为参考点。
第二，确定地面零点。要确定电磁波在面层中的实际传播的时间，除了知道回波时间外，还必须对地表面的位置进行正确的判定。地面零点的判断正确与否，对于厚度值的读数会产生直接的影响。
第三，标定路面的介电常数。保证路面厚度值探测精度的关键参数是路面介电常数，一般情况下，介质的介电常数会受到很多因索的影响，例如路面材料、施工工艺、密实程度、冶冰量等，同时不同探测点的介电常数也会出现差别。所以必须进行标定，并采用钻孔取样，进而来保证检测结果的有效性和可信度。
四，探地雷达检测技术的优缺点
探地雷达检测具有如下技术特点：(1)对混凝土的穿透能力很强，可对较大深度进行测量；(2)能够实现非接触探测，并且探测速度快；(3)以增大频率宽度和减小波长，进而实现高分辨率的探测；(4)微波有极化特性，可确定缺陷的形状和取向。由此可以看出，雷达检测技术具有无损、快速、简易、精度高等优点，在今后的公路工程施工中，探地雷达检测技术会成为一项重要的地球物理探测技术，并能够为依法规范道路建筑行为提供了强有力的科学技术保障。但是，探地雷达检测技术在使用过程中，必须要与勘探工作合理地配合起来才能充分发挥作用。因为地下物理参数的差异以及周围环境都会影响探地雷达检测技术的效果，所以不能将探地雷达作为全方位的工程检测工具，而忽略了与勘探工作的配合。因此，推广探地雷达技术要针对具体问题，配合使用其它勘探方法，才能发挥出该技术的最大潜力。
五、结语
目前，探地雷达方法在检测路面结构层厚度和检测隧道二衬厚度方面已经取得了一定的进展，相信随着工作的逐步开展和研究的进一步深入，探地雷达方法必将在该领域内发挥越来越重要的作用。
参考文献
[1]徐升才,刘峰.探地雷达在城市道路厚度检测中的研究与应用[J].华东交通大学学报,2000(4)
第7篇：雷达技术范文
[关键词]激光雷达 后向散射 气溶胶 大气边界层
[中图分类号] TN958.98[文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-11-188-2
0前言
激光雷达是一种主动遥感技术，是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。50多年来，激光雷达技术从最简单的激光测距技术，逐步发展了激光跟踪、测速、扫描成像、多普勒成像等技术，陆续开发出不同用途的激光雷达，使激光雷达成为一类具有多种功能的系统。激光雷达之所以受到关注，是因为其具有一系列独特的优点：具有极高的角分辨率、具有极高的距离分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强、比微波雷达的体积和重量小等。随着技术的不断成熟，成本的下降，其他领域陆续引进了激光雷达，并发挥着非常重要的作用。
1激光雷达的结构和原理
一般情况下，激光雷达主要由三部分组成，激光发射单元，信号探测控制单元和光学接受单元。激光发射单元发射出激光脉冲，在传输过程中遇到粒子会产生一个向后的反射信号，光学接受单元接受到这个信号并进行处理，把光信号放大转化成电子信号输出。根据反馈信号的强度可以确定所研究粒子的浓度，粒子所处的高度可以由从发射到接受之间的时间间隔来确定。
激光雷达的方程为：
P（Z）为激光雷达接收到的高度Z处的大气后向散射回波信号的能量，E为激光雷达的发射能量，C是激光雷达常数，和发射频率，接收灵敏度等有关；Z是到激光雷达到目标粒子的距离；
βtotal是总的后向散射系数，βmol是空气后向散射系数，βpart是气溶胶后向散射系数；
σtotal是总的消光系数，是激光脉冲在传输过程中衰减产生的， σsmol是空气散射系数，σspart是气溶胶散射系数，σAmol是空气气吸收系数，σApart是气溶胶吸收系数。
求解激光雷达方程常有的有三种方法：Collis斜率法，Klett[1]方法和Fermald[2]方法。Collis斜率法假设大气是均匀分布，消光系数为常数。当在水平方向进行测量，可以忽略细小差异，认为大气是均匀，应用此方法比较简便。如果观测垂直方向上的大气垂直分布，大气分布不均匀的现实并不能忽略，故不能采用此方法。这时通常采用Klett算法来求解，在此算法中，假设β=C0σkβ，其中C0为常数，k取决于雷达激光的波长和气溶胶的性质，取值范围一般在0.67～1。再结合激光雷达方程就可以得到结果。其中k的取值对计算的结果有很重要的影响。张文煜，王音淇等[3]结合能见度因子和CE318太阳光度计观测数据，对k在不同天气状况下的取值进行了初步研究，结果表明：只有当0.7≤k≤1.0时，气溶胶消光系数的大小与能见度估算出的值相接近。但在k=0.7时，计算出的气溶胶消光系数正、负参半； k=1.0时，消光系数廓线在晴天无云的天气状况下同实际情况不符。通过进一步分析研究激光雷达和光度计的同期观测资料发现：k=0.8时，较合理的数据所占比例为100%，k=0.98，比例为40%，k=1.0仅为12%。通过采用Klett方法可以克服均匀大气的限制，使结果更符合实际。但当气溶胶和大气的消光作用相差不大，大气的消光作用不能忽略时，就必须采用第三种Fermald方法。Fermald方法将大气看做两个部分：空气分子和气溶胶，认为大气消光系数（或后向散射系数）是空气分子的消光系数（或后向散射）与气溶胶消光系数（或后向散射）的和，在实际的应用中，Klett和Fermald方法应用更广泛。
2激光雷达物理量的反演方法
激光雷达接收到的是光电子信号，想要得到我们需要的物理量，赋予它合适的物理意义，就必须对接收到的信号进行分析处理，反演得到我们需要的结果。
2.1消光系数（σ）
Collis方法：
其中S（Z）=ln[Z2P（Z）]，
Klett方法：
Zm为参考高度，为所观测范围的上界。σm=σ（Zm），Zm为这一薄层的消光系数 。
Fernald方法：Zc为标定高度，一般是通过选取近乎不含气溶胶的清洁大气层所在的高度来确定。这一高度处的气溶胶粒子和空气分子消光系数都是确定的。Zc以下高度下的气溶胶粒子消光系数为：
Zc高度以上的气溶胶粒子消光系数为：
下标1，2分别代表气溶胶与空气分子。S=σ/β，X（z）=P（z）Z2。σ2（z）可以根据美国标准大气模式提供的空气分子密度的垂直廓线计算得到。这三种方法由简到繁，随着计算水平的提高，一般都选择后面两种方法。
2.2能见度
大气能见度与消光系数的基本关系为：y=-lnε/σ。其中 为能见度距离，σ为大气消光系数，ε为人眼的亮度对比感阈。通常情况下正常人眼的平均亮度对比感阈ε=0.02。带入上式，即得能见度方程： =3.912/σ。
2.3气溶胶光学厚度
将消光系数随高度进行积分，就能够得到气溶胶的光学厚度（AOT）：
2.4后向散射系数
根据反演出的消光系数，由后向散射系数和消光系数的关系，可得
β=C0σk
2.5退偏振率
激光雷达可以利用偏振原理可以分别接受到后向散射在高度z处的平行分量Prp和垂直分量Prs。Kp和Ks分别表示平行分量探测通道和垂直分量探测通道的系统常数。σp（z）和σs（z）分别表示高度z处大气消光系数的平行和垂直分量。退偏振率δ（z）为：
粒子的退偏振率和粒子的浓度无关，只与形状和成分有关。NIES型Mie散射激光雷达可以发射偏振激光束，偏振激光遇到纯球形粒子发生散射时，只返回平行偏振组分，遇到不规则粒子时，垂直组分也能观测到。退偏振率即为垂直组分与水平组分的比值。沙尘大部分为非球形粒子，退偏振率比较高，其他气溶胶粒子更接近球形。通过气溶胶的退偏振率可以就区分沙尘气溶胶和大气气溶胶的分布和比例。
3激光雷达的应用
3.1激光雷达在气溶胶观测方面的应用
激光雷达可以有效对大气中气溶胶的垂直分布，构成成分，光学特性等进行检测分析。曹贤洁，张镭等[4]利用激光雷达CE370-2与太阳光度计CE-318，在兰州观测分析了2007年3月27～29日扬沙过程气溶胶辐射特性。发现沙尘气溶胶主要集中于离地1.5km高度层内，沙尘气溶胶消光系数随高度先增加，到0.2km左右高度达到最大，然后急剧减小。沙尘气溶胶光学厚度的时间演变呈双峰型。通过与太阳光度计得到的结果相比较，结果很接近。表明了雷达观测资料的处理方法可以较好的反演气溶胶消光系数和光学厚度。大量的观测研究都表明，激光雷达对气溶胶的垂直分层结构可以进行非常有效的持续的观测。
3.2激光雷达在大气边界层方面的应用
大气边界层是与人类关系最为密切的气层。由于热力作用导致的强烈的日变化是大气边界层的一个重要特征。边界层高度随地表特征、季节和天气背景的不同而不同，每天可在几十米至几千米内变化。韩道文，张文清等[5]利用激光雷达检测了北京城区冬季边界层，发现大气结构存在着多层结构，大体上可分为污染边界层和对流层，测站上空的污染边界层较为明显，其高度相对稳定，约为0.5-1.4km。
大气边界层作为距离人们最近的一个气层，对人们的影响是最直接和敏感的。借助激光雷达，能细致的观测到大气的分层结构，而且通过连续观测，可以准确掌握大气边界层的变化规律，为理论研究提供最可靠的依据。
3.3其他方面的应用
除了以上的应用，激光雷达还在温度探测，风的探测，大气成分，能见度等方面发挥着很大作用。目前利用激光雷达探测大气温度多数是利用瑞利散射，如美国通讯研究实验室（CRL）的瑞利散射激光雷达系统 、加拿大Western Ontario大学的瑞利散射激光雷达系统等。随着研究的深入，激光雷达的作用也会愈发的凸显出来。
4小结
激光雷达技术集合了光电子学，大气学，测绘遥感等多领域的最新成果，是一种非常先进的探测手段。由于成本等方面原因，在气象领域的应用还不是非常的普及。激光雷达对气象观测有极大的促进作用，但不能否认其在探测方面也有一定的缺点。首先，激光雷达属于高科技含量的产品，在制造设计中没有统一的标准和反演的方法，数据的可比性和移植性比较差。其次，激光雷达只能实行定点的观测，观测的水平范围较小，而且受天气及气象影响大，性能还有待进一步的提高。当然，随着激光雷达精细化和定量化程度的提高，其发展的潜力还是非常巨大的。
参考文献
[1]Klett，J.D.，Stable analytical inversion solutions for processing lidar returns，A ppl Opt，1981，20，211～220.
[2]Fermald，F.G.，Analysis of atmospheric lidar observation：somecomments，Appl.Opt，1984，23，652～655.
[3]张文煜，王音淇，宋嘉尧等.激光雷达反演参数k值的研究.高原气象，2008，27（5），1083-1088.
第8篇：雷达技术范文
机载SAR/MTI雷达系统由机载SAR/MTI雷达、数据链及地面站3个部分组成。机载雷达完成多模式战场侦察监视功能，实时获取战场目标情报信息（包含固定目标图像情报和运动目标点迹、航迹情报），并通过数据链实时下传到地面站进行显示及分发。分为机舱外、机舱内2个部分。机舱外设备为机腹下的船形天线罩内的雷达天线，机舱内设备包括低功率射频单元、综合处理单元和实时处理分机等。天线采用二维有源相控阵天线，在方位向和俯仰向进行二维电扫，能够保证雷达成像的灵活性及对低空或地面运动目标的快速搜索能力，提高了雷达的探测效率。多功率射频单元包括1路SAR接收通道、4路MTI接收通道、晶振模块、功分网络模块、时钟本振插件、波形倍频插件、激励源插件、接收监控插件等。综合处理单元包括A/D采集和时序模块，其中A/D采集包括SAR通道采集和MTI通道采集。实时信号处理单元由硬件以及嵌入式软件组成，在硬件电路中包括DSP处理板、数字接口板等；嵌入式软件由成像处理、动目标检测等算法处理软件组成。在机舱内与地面站均设有指挥控制台，实现任务规划、指挥与控制通信、监视与图像传送等功能。在进行机载SAR/MTI雷达系统设计时，考虑如下三个方面技术特点。
（1）采用二维有源相控阵天线。
为满足战场监视的远距离、高分辨率、多模式侦察工作的需要，系统必须要有足够的功率口径积，同时为保证多模式战场监视所要求的宽视场覆盖，选择二维有源相控阵天线应该是目前最佳方案。宽带二维有源相控阵天线组成框图，由可扩充阵列模块（SAM）、波束形成网络、延迟放大组件、波控、电源、环控、俯仰伺服控制等构成。天线工作时由可扩充天线阵列模块（SAM）完成天线的收/发、放大、幅相加权等基本功能；功分器构成方位向子波束形成网络，实现子阵功能；延迟放大组件用来实现不同波位所需的时延控制和发射/接收信号放大；方位向全波束形成网络用于实现发射时的功率分配和接收时的双模工作方式，距离向（俯仰向）的信号的分配/合成在SAM中完成，所有这些工作过程都是在波控的控制下进行的。采用SAM思想实现二维有源相控阵天线组阵的好处是可灵活组阵，实现不同尺寸规模的二维有源相控阵天线，能适应多种载机平台。宽带二维有源相控阵天线还实现了在线校准和BIT检测的功能，为实际使用维护创造了便利的条件。
（2）实时多模信号处理技术。
SAR/MTI雷达系统中，实时处理分机完成实时动目标检测处理与SAR成像处理的功能，SAR/MTI系统的多模信号处理算法研究及其实时处理实现是研究的核心内容。本系统SAR成像模式有条带模式和聚束模式两种，成像距离远，距离走动与弯曲现象明显，成像处理可以采用重叠子孔径算法（OS－A），波数域（ω-k）算法等技术。OSA算法是先进行子孔径粗成像和误差补偿，然后对各个子孔径粗分辨图像进行相干处理，得到全孔径高分辨图像；ω-k算法可以精确成像，算法也简单，但是需要进行stolt插值，算法的效率受到一定的影响，不过随着硬件处理能力的增强，处理速度可以得到解决。此外，需要采用基于运动传感器的运动补偿和基于回波数据的运动补偿相结合的补偿方法，先采用前者获得粗估值，再采用后者进行精确估计，可以得到高分辨率SAR图像。动目标探测、跟踪及定位正是SAR/MTI雷达有别于其它成像雷达的特色之处，在SAR/MTI雷达技术研究中一直处于非常重要的地位。MTI信号处理采用多通道处理技术。多通道MTI具有较好的地杂波抑制能力，能更好的进行动目标检测，同时采用四个接收通道，可实现动目标的精确定位和测速。为了实现动目标检测的实时处理，多通道动目标检测处理主要关键技术包括通道均衡、杂波抑制、干涉仪定位等技术。通过通道均衡处理，提高杂波对消性能，从而提高目标检测性能。同时需要考虑计算量，以达到实时处理硬件的要求。
（3）实时数据处理技术。
在实现MTI信号处理之后，需要进行实时数据处理，实现对地面动目标的检测、定位与连续跟踪，形成航迹并叠加在实时SAR图像或电子地图上，并提取出目标特征信息，形成完整的战场态势图，以供进一步的情报分析决策评估。地面动目标所处环境复杂，有严重的地杂波、杂波对消剩余引起虚警的饱和信号、干扰等因素，这些因素使得真实动目标检测、跟踪与定位具有很大技术难度。动目标的跟踪需要针对不同扫描帧的动目标点迹数据进行目标关联、分类，形成目标运动的航迹，并对目标运动的航迹进行平滑滤波，进一步可以预测目标在下一扫描帧的位置或状态。目标关联算法常用最大似然法的假设检验方法，平滑滤波及预测常用卡尔曼滤波算法。在目标检测后的输出数据里，会出现同一目标的数据存在于多个的距离～方位（或距离～多普勒）单元里，需要采用加权平均的方法凝聚成一个单元的数据，减少后续目标关联跟踪处理的计算量。
2功能模式设计及试验结果
SAR/MTI雷达系统设计时，充分考虑对地综合监视特点，以及雷达成像与运动目标检测同时工作需求，进行雷达体制选择与系统工作模式设计。考虑目标包括地面各种运动目标、静止目标和固定目标场景，需要从各种目标环境中检测、识别目标，设计工作模式包括广域GMTI模式、同时SAR/GMTI模式、条带SAR模式、聚束SAR模式、滑动聚束SAR模式及AMTI模式等。雷达体制选择和处理方式与面临的杂波环境密切相关，不同的工作模式针对的目标类型不同，需根据不同模式所处的杂波环境对雷达体制和处理方式进行选择分析。
（1）广域GMTI模式。
广域GMTI属SAR/MTI雷达最主要的功能模式，要求对地面慢速运动目标进行广域监视，实现检测并生成点迹、航迹。广域GMTI模式实时获取的地面动目标航迹显示画面，背景为电子地图。对地面动目标的最小可检测径向速度（MDV）优于10公里/小时。
（2）同时SAR/GMTI模式。
同时SAR/GMTI是SAR/MTI雷达近些年发展的一个热点，同时SAR/GMTI模式下雷达显示画面，实现在SAR成像同时完成动目标检测、定位功能，实时生成目标批号、距离、方位、经度、纬度和速度等情报信息。
（3）条带SAR模式。
条带SAR模式分辨率有0.5米、1米和3米，均为实时成像。0.5米分辨率条带SAR实时图像，实时输出的图像均已经过地理编码，易于进行图像拼接及与数字地图的叠加显示等处理，得到图像产品及典型目标的位置信息。
（4）聚束SAR模式。
聚束SAR模式分辨率0.3m，也实现了实时处理。
（5）滑动聚束SAR模式。
除了定点聚束模式，系统还实现了滑动聚束SAR（聚束SAR模式与条带SAR模式的混合模式）。滑动聚束模式的好处是可以扩大成像面积（方位向宽度增加）且分辨率不会降低，劣势在于成像孔径和时间上要长（与相同成像距离的定点聚束相比）。
（6）AMTI模式。
SAR/MTI雷达实现AMTI功能是目前国际上的一个技术发展方向。本系统也实现了AMTI功能。为AMTI模式空中飞行目标探测结果，在机载雷达几分钟的巡航过程中，一共发现了6批目标，其中最远的目标距雷达286公里（图中距离刻度单位5公里，方位刻度单位10°）。
3结束语
第9篇：雷达技术范文
关键词：公路工程质量；雷达检测
中图分类号：F540.3 文献标识码：A 文章编号：
探地雷达是一种广谱电磁技术，用于确定地下介质的分布情况。近年来，由于探地雷达具有高采样率、无损检测等优点，它逐渐取代了原有的钻孔取芯法而在各种工程中得到了极为广泛的应用。在进行检测的过程中，这种方法只要配合少量的钻孔就能够了解公路的结构及地层的各种变化情况，非常有效地克服了现行钻孔法的不足。并且可以准确地提供关于基层和面层厚度变化的一些真实情况，为实际施工提供了极具参考价值的可靠参数。
雷达检测技术在公路工程质量检测中的应用
由于路基路面的物理力学性质指标以及其几何尺寸都与电磁波旅行时间、行程以及行速具有密切关系,因此测知了电磁波旅行时间、行程以及行速后就能很快计算得到路基路面指标的具体参数,以及各种异常体的位置,如材料的厚度、弹性模量、含水量以及密实松软状况和异常物实际位置等。
1、公路路面面层厚度检测
公路路面面层厚度检测是公路无损检测的主要内容之一。一般公路厚度为10到20 cm, 高等级公路面层厚度为20到30 cm, 机场跑道路面厚度为40 cm 左右,这就要求探地雷达应有较高的垂直分辨率。一般探地雷达的分辨率是子波波长的1 /4,要求天线有较高的反射频率。1G 以上的反射频率可以获得较高的分辨率。 EP-71011型GPR 系统可以对路面厚度断面进行不间断的无损伤性地精确测量,一天内可以完成上百公里路面的检测,而每公里的检测费用与其它技术相比要低得多,系统生成的结果十分容易理解，并能非常便捷地用于对某一路面工程或一路面网进行评估。
2、公路基层厚度检测
公路基层厚度检测原理与面层检测是相同的。由于基层厚度相对较厚,且基层与底基层的材料介电常数相接近,就要求雷达既有探测深度,又有精度。
3、公路基层空洞及高含水量的检测
一般基层空洞多发生在水泥混凝土路面下,在反复荷载作用下,混凝土板块将发生断裂、破碎,将严重影响公路的使用性能和使用寿命。由于空气的介质常数最小,则电磁波在遇到空洞后的反射强度将明显低于基层材料,在雷达波形中可以清晰地分辨出空洞的区域。EP-71011型GPR 系统是探测脱空的一种有效的工具,最小可探测到3mm直径的脱空,这套可靠的系统可以探测和分辨出气孔和充水孔,并能以无损方式确定地表下高湿度区域的位置。一般基层高含水多发生在沥青混凝土路面下,同时在混凝土板块下空洞进水较为常见。从工程实践可知, 基层的高含水量会严重威胁公路的结构承载力,及时发现并整治它具有十分重要的意义。由于水的介电常数较大,则电磁波在遇到水后将发生极强的反射。在浅层区域,其反射强度往往大于面层的反射强度。
二、探地雷达检测厚度的工作原理
1、探地雷达检测路面结构层厚度的工作原理
在道路的质量控制工作中，最重要的一部分就是进行路面结构层厚度的检测。传统上所使用的钻心取样法已经远远不能满足精确检测的要求，因此通过对探地雷达测厚的工作原理进行理论分析，可以看出探地雷达技术在公路工程质量检测中所具有独特的优势。利用探地雷达检测公路面层厚度是一种反射波探测法。在特定的介质中，电磁波的传播速度v是保持不变的，因此根据探地雷达所记录的地面反射波与地下反射波的时间差t，即可依据公式，计算出界面的厚度值h的大小，对于路面结构层厚度的检测而言，h即为面层的厚度，v表示电磁波在地下介质(面层)中传播时的速度。雷达所使用的电磁波都是高频的，而公路面层所用的材料都属于低损耗介质，因此速度v的大小可由以下公式算出。反射信号的振幅与反射系统成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数的强度也可以由特定的公式计算出来。上、下介质的电性差决定了反射信号的强度，电性差越大，反射信号就会越强。对于沥青混凝土面层来说，基层与面层之间存在着非常明显的电性差，因此可以预期面层的底部会有强反射的出现。
三、探地雷达检测厚度应该注意的事项
探地雷达所面对的对象是十分复杂的，存在着很多未知而且难以确定的因素。因此，进行精确的操作，合理的使用以及系统而综合的分析，才能够有效减少误差，在检测过程中达到规定所要求的精确度。影响探测雷达测厚精确性的主要参量有回波、地面零点和路面的介电常数等。所以在进行探测雷达检测的过程中国，应该注意正确的确定这些参量，进而有效提高探测厚度的精确性。
第一，确定底界面的回波。目前情况下，解决问题的核心是提取界面同波信号，这是因为在现在技术条件下还不能给从原始的波形中直接而且精确区分出路基界面与路面的反射回波。而由于大部分的波和干扰波相对来说都是固定不变的，因此我们可以相关分析的方法来抑制杂波或者干扰波。具体而言，要的到一个比较准确的底界面回波信号，可以利用—个不含界面反射信号的回波信号与含有界面反射信号的回波信号来进行相关分析。这就要求在实际的操作过程中，要以路面结构中的最厚点为参考点。进行参考点的选择时，可以从探测图像上寻找并进行对比分析，也可以通过分析探测的波形来确定，或者将已有钻探的最大厚度的探测点来作为参考点。
第二，确定地面零点。要确定电磁波在面层中的实际传播的时间，除了知道回波时间外，还必须对地表面的位置进行正确的判定。地面零点的判断正确与否，对于厚度值的读数会产生直接的影响。
第三，标定路面的介电常数。保证路面厚度值探测精度的关键参数是路面介电常数，一般情况下，介质的介电常数会受到很多因索的影响，例如路面材料、施工工艺、密实程度、冶冰量等，同时不同探测点的介电常数也会出现差别。所以必须进行标定，并采用钻孔取样，进而来保证检测结果的有效性和可信度。
四、探地雷达检测技术的优缺点
探地雷达检测具有如下技术特点：
对混凝土的穿透能力很强，可对较大深度进行测量。
能够实现非接触探测，并且探测速度快。
以增大频率宽度和减小波长，进而实现高分辨率的探测。
微波有极化特性，可确定缺陷的形状和取向。由此可以看出，雷达检测技术具有无损、快速、简易、精度高等优点，在今后的公路工程施工中，探地雷达检测技术会成为一项重要的地球物理探测技术，并能够为依法规范道路建筑行为提供了强有力的科学技术保障。但是，探地雷达检测技术在使用过程中，必须要与勘探工作合理地配合起来才能充分发挥作用。因为地下物理参数的差异以及周围环境都会影响探地雷达检测技术的效果，所以不能将探地雷达作为全方位的工程检测工具，而忽略了与勘探工作的配合。因此，推广探地雷达技术要针对具体问题，配合使用其它勘探方法，才能发挥出该技术的最大潜力。
雷达检测技术是近几年来发展非常迅速的一项探测技术,以其高分辨率和高工作效率正逐渐成为地下隐蔽工程调查的一种有力工具。随着信号处理技术和电子技术的发展及实际操作经验的丰富积累,雷达检测技术不断发展,雷达检测仪器不断更新,应用范围也不断扩大,现己广泛应用于工程地质勘探、建筑结构调查、无损检测、水文地质调查、生态环境等众多领域。因此,探地雷达探测技术不仅大大节省了投资,而且明显地简化了现场工作程序,缩短了工作周期,从而根本上提高了工作质量。
[参考文献]
