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激光雷达目标散射特性的实验研究对激光雷达散射截面及目标成像的研究具有重要意义。在定义激光雷达散射截面时一般要求目标为漫反射体,并且在各类标准目标散射截面计算时也是将目标视为朗伯体。

通过不同材料对1.06μm激光雷达散射特性的研究可了解其各自的漫反射特性,它在各类材料中对确定接近朗伯体的目标,完成朗伯体定标提供了必要的实验依据,同时也为完成激光雷达散射截面的实验测量工作奠定了基础。

激光雷达是通过发射激光束，再接收从远处物体反射回来的光束，通过测量光束的飞行时间而获得远处物体的距离信息。不过，激光束非常窄，并且它们不会发生散射，因此单束激光雷达脉冲只能感知一个非常小的物体。为了实际应用，激光雷达传感器得进行某种形式的“扫描”。大多数激光雷达传感器会连接到一个旋转它们的驱动马达，一旦激光发射与马达的运动同步，我们就可以知道激光指向的位置，并将前方环境的整体成像合成在一起。因此，激光雷达的视场取决于马达转动它的角度，目前这类马达已大力采用摆动型音圈马达。

固态激光雷达工作原理

固态激光雷达主要是依靠波的反射或接收来探测目标的特性，大多源自三维图像传感器的研究，实际源自红外焦平面成像仪，焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，终送达监视系统形成图像。

MEMS激光雷达

二维扫描的MEMS微振镜是激光雷达的关键器件，主要可以通过电热效应、静电效应、电磁效应和压电效应驱动。有研究小组通过对电热双压电晶片驱动的微振镜加热，金属铝的形变大于介质硅，从而形成微结构的振动。实验可以施加电压2.3V，获得9°的偏转角。但是电热效应引起微振镜偏转通常响应速度较低，有实验通过施加12mW的电功率，响应速度只有74Hz。电磁效应驱动的MEMS系统需要在内部封装可动磁性物质或者可动线圈产生磁场，如图3所示，通过施加磁场形成洛伦兹力使得线圈产生偏转，从而驱动MEMS振镜偏转，响应速度可以超过10kHz。压电效应需要异质材料的介入，压电材料（PZT）具有、响应速度快等优点。日本研究小组采用电镀的方法在硅上沉积PZT薄膜，加工形成MEMS结构并进行光学扫描，实验获得11.2kHz的响应速度，39°的视场角。静电效应驱动MEMS具有尺寸小、可单片全集成的优点，受到广泛研究。通常，采用静电效应驱动微反射镜的方式需要在真空环境下，以获得更高的驱动效率，10V电压驱动可以实现大约10°的扫描角度。瑞典KTH的研究小组近期验证了一种新方法，如图4所示，通过MEMS改变光栅周期实现衍射光角度偏转，在20V电压驱动下达到5.6°的扫描角度，功率消耗在微瓦量级。