激光雷達(dá):主動(dòng)光電探測(cè)進(jìn)展與發(fā)展機(jī)遇
定 價(jià):168 元
- 作者:[美] 國(guó)家研究委員會(huì)工程和物理科學(xué)分部“對(duì)主動(dòng)光電系統(tǒng)進(jìn)展進(jìn)行述評(píng)以避免形成不利于美國(guó)國(guó)家安全的技術(shù)突襲”專職委員會(huì) 編,杜小平,宋一鑠,趙繼廣,殷智勇,張朋 等 譯
- 出版時(shí)間:2019/12/1
- ISBN:9787118119749
- 出 版 社:國(guó)防工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TN958.98
- 頁(yè)碼:321
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16開
2010年,國(guó)家研究委員會(huì)出版了報(bào)告《看見光子:可見光與紅外傳感器陣列進(jìn)展》,該報(bào)告聚焦關(guān)鍵性的被動(dòng)傳感器技術(shù),其結(jié)論表明,對(duì)于許多戰(zhàn)術(shù)場(chǎng)合,探測(cè)器技術(shù)正在接近紅外光探測(cè)背景極限(BLIP),因此新型探測(cè)器似乎難以催生任何“顛覆性”技術(shù)突襲。
相比之下,本書在2010年報(bào)告的基礎(chǔ)上擴(kuò)展生成,討論主動(dòng)光電技術(shù)催生顛覆性技術(shù)突襲的潛能,也就是,討論那些使用可見或紅外光波(一般為激光,但也不限于激光)作為光源探查目標(biāo),并使用靈敏探測(cè)器和處理器分析回波的系統(tǒng)。相比被動(dòng)光電傳感,在系統(tǒng)中額外使用探查光源帶來了許多新現(xiàn)象,這催生了對(duì)新能力的探索。
當(dāng)今世界,對(duì)美國(guó)軍事安全產(chǎn)生潛在威脅的技術(shù)領(lǐng)域急劇增加,包括爆炸材料的發(fā)展、傳感器、控制系統(tǒng)、機(jī)器人、衛(wèi)星系統(tǒng)和計(jì)算能力等,但遠(yuǎn)不止于此。這些技術(shù)不僅增強(qiáng)了美國(guó)軍事能力,而且還增強(qiáng)了潛在敵對(duì)勢(shì)力的反擊能力——直接促進(jìn)了更尖端武器的發(fā)展,或間接地增加了干擾美國(guó)防御性軍事系統(tǒng)功能的可能性。其中,被動(dòng)和主動(dòng)光電(Electro-optical,EO)傳感技術(shù)就是其中最好的例子。
2010年,國(guó)家研究委員會(huì)(National Research Council,NRC)出版了報(bào)告《看見光子:可見光與紅外傳感器陣列進(jìn)展》,該報(bào)告聚焦關(guān)鍵性的被動(dòng)傳感器技術(shù),其結(jié)論表明,對(duì)于許多戰(zhàn)術(shù)場(chǎng)合,探測(cè)器技術(shù)正在接近紅外光探測(cè)背景極限(BLIP),因此新型探測(cè)器似乎難以催生任何“顛覆性”技術(shù)突襲。
相比之下,本書在2010年報(bào)告的基礎(chǔ)上擴(kuò)展生成,討論主動(dòng)光電技術(shù)催生顛覆性技術(shù)突襲的潛能,也就是,討論那些使用可見或紅外光波(一般為激光,但也不限于激光)作為光源探查目標(biāo),并使用靈敏探測(cè)器和處理器分析回波的系統(tǒng)。相比被動(dòng)光電傳感,在系統(tǒng)中額外使用探查光源帶來了許多新現(xiàn)象,這催生了對(duì)新能力的探索。
2011年底,由美國(guó)情報(bào)界和美軍牽頭,要求國(guó)家研究委員會(huì)開展研究以評(píng)估主動(dòng)光電系統(tǒng)產(chǎn)生技術(shù)突襲的潛力。作為回應(yīng),國(guó)家研究委員會(huì)成立了“對(duì)主動(dòng)光電系統(tǒng)進(jìn)展進(jìn)行述評(píng)以避免形成不利于美國(guó)國(guó)家安全的技術(shù)突襲”委員會(huì)(簡(jiǎn)稱專職委員會(huì)),并于2012年9月簽訂了研究合同。
國(guó)家研究委員會(huì)專職委員會(huì)將開展以下工作:
。1)評(píng)估具有潛在軍事用途的主動(dòng)光電傳感技術(shù)的基本規(guī)律和物理極限:闡明相關(guān)技術(shù)間的權(quán)衡關(guān)系,包括直接與外差探測(cè)系統(tǒng)、掃描與閃光雷達(dá)、蓋革/線性模式和基于偏振的激光雷達(dá)、合成孔徑和真實(shí)波束激光雷達(dá),以及靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、偏振靈敏度等參數(shù)間的關(guān)系。將當(dāng)前技術(shù)水平與物理極限進(jìn)行比較,明確制約主動(dòng)光電傳感技術(shù)進(jìn)步的影響規(guī)律、工藝和其他難點(diǎn)。
。2)明確在未來5~10年內(nèi),可能幫助克服上述難點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù),(該關(guān)鍵技術(shù))對(duì)未來軍事應(yīng)用的可能影響,以及推進(jìn)這些技術(shù)應(yīng)用的項(xiàng)目的所有重要標(biāo)識(shí):對(duì)那些在未來10年內(nèi)可實(shí)現(xiàn)部署的高影響力萬(wàn)能技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)行思考和判斷:探討可行的激光照明技術(shù)及其插接效率,考慮飛秒脈寬激光源技術(shù);探討可行的探測(cè)器/接收機(jī)方案和技術(shù);探討激光束轉(zhuǎn)向方法;探討將激光雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可用信息的處理方法。
(3)考慮已有技術(shù)或新興技術(shù)實(shí)現(xiàn)中的優(yōu)缺點(diǎn),例如,噪聲、動(dòng)態(tài)范圍、信息處理或帶寬瓶頸、技術(shù)強(qiáng)化性、功耗、重量等;明確當(dāng)前全球范圍內(nèi)引領(lǐng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展、研究和資助的國(guó)家和非國(guó)家行為,突出這些研究和發(fā)展計(jì)劃的規(guī)模、范圍以及強(qiáng)度,并且預(yù)測(cè)其趨勢(shì)、持續(xù)時(shí)間及商業(yè)驅(qū)動(dòng)力。
(4)評(píng)估主動(dòng)光電傳感技術(shù)的潛在用途,包括三維測(cè)繪和多目標(biāo)分辨激光雷達(dá)技術(shù)以及用于確定目標(biāo)屬性和狀態(tài)的激光振動(dòng)探測(cè)、大氣補(bǔ)償、多波長(zhǎng)照明、偏振、散斑等技術(shù)。
專職委員會(huì)將解決上述任務(wù)并形成署名報(bào)告。
由于主動(dòng)光電感知形式和相關(guān)技術(shù)眾多,因此完成上述任務(wù)頗具挑戰(zhàn)。此外,更復(fù)雜的問題在于,討論一個(gè)技術(shù)的軍民兩用或軍事應(yīng)用通常會(huì)因?yàn)楸C芑蚱渌麊栴}所限制。本書的主體內(nèi)容并不涉及美國(guó)秘密,作者盡量嘗試采用非保密的公開出版資源對(duì)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行討論,而對(duì)于某些特殊領(lǐng)域,由于其過于敏感因此不在本書中體現(xiàn),受國(guó)際武器貿(mào)易條例(International Traffic in Arms
Regulations.ITAR)所限制的某些信息也不在本書中涉及。
本書以草稿的形式由專業(yè)人員審閱,這些專業(yè)人員根據(jù)不同角度和專業(yè)技術(shù),經(jīng)國(guó)家研究委員會(huì)報(bào)告審閱委員會(huì)制定的相關(guān)程序選舉產(chǎn)生。開展獨(dú)立審閱的目的是為本書提供公正而嚴(yán)格的審稿意見,從而幫助國(guó)家研究委員會(huì)形成高質(zhì)量出版物,并確保這些出版物達(dá)到國(guó)家研究委員會(huì)“客觀、有據(jù)、物有所值(研究經(jīng)費(fèi))”的標(biāo)準(zhǔn)。審閱意見和草稿將封存保密以保護(hù)審閱過程的完整性。
本書作者感謝以下專業(yè)人員對(duì)本書的審閱:新墨西哥大學(xué)的Steven R.Brueck,F(xiàn)ieldcraft Scientific的Joseph Buck,海軍研究實(shí)驗(yàn)室的Ronald G.Driggers,曼徹斯特大學(xué)的James R.Fienup(國(guó)家工程院),新墨西哥采礦和技術(shù)學(xué)院的Robert Q.Fugate(國(guó)家工程院),普林斯頓大學(xué)的William Happer(國(guó)家科學(xué)院),麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的Sumanth Kaushik,南佛羅里達(dá)大學(xué)的Dennis K.Killinger,軟件工程學(xué)院的Paul D.Neilsen(國(guó)家工程院),喬治華盛頓大學(xué)的Julie J.C.H.Ryan。
雖然上述審閱人提出了許多建設(shè)性評(píng)價(jià)和建議,但并未要求他們形成結(jié)論或推薦信,在本書公開發(fā)表前,這些審閱人也未見本書最終稿。本書的最終稿由伊士曼柯達(dá)公司的Edwin P.Przybylowicz審閱。
第1章 緒論
1.1 三維測(cè)繪
1.2 風(fēng)速測(cè)量
1.3 自動(dòng)巡航器控制
1.4 目標(biāo)與材質(zhì)識(shí)別
1.5 振動(dòng)測(cè)量和目標(biāo)描述
1.6 衛(wèi)星激光測(cè)距
1.7 水下水雷探測(cè)
1.8 武器目標(biāo)搜尋
1.9 警用速度測(cè)量
1.10 娛樂
1.11 本書內(nèi)容及編寫方法
1.12 本書結(jié)構(gòu)
1.13 本章結(jié)論
第2章 主動(dòng)光電傳感方法
2.1 測(cè)距技術(shù)
2.2 激光測(cè)距儀
2.3 一維距離剖面成像激光雷達(dá)
2.3.1 使用多幅多角度一維剖面像進(jìn)行層析成像
2.3.2 反射層析成像研究現(xiàn)狀
2.4 二維主動(dòng)-距離門成像
2.5 三維直接探測(cè)主動(dòng)成像
2.5.1 掃描式三維激光雷達(dá)
2.5.2 三維瞬時(shí)成像激光雷達(dá)
2.5.3 基于APD的成像
2.6 主動(dòng)偏振測(cè)量
2.7 水下探測(cè)
2.7.1 水面上主動(dòng)照明與探測(cè)
2.7.2 通過距離門抑制后向散射
2.7.3 近海海底成像
2.7.4 泡沫激光散射探測(cè)
2.8 振動(dòng)探測(cè)
2.9 激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀
2.10 氣溶膠探測(cè)
2.10.1 傳統(tǒng)氣溶膠激光雷達(dá)
2.10.2 差分散射激光雷達(dá)一偏振和多波長(zhǎng)探測(cè)
2.10.3 差分吸收激光雷達(dá)
2.11 拉曼探測(cè)
2.12 激光誘導(dǎo)熒光
2.13 風(fēng)探測(cè)
2.13.1 氣溶膠相干探測(cè)
2.13.2 基于分子散射的非相干探測(cè)
2.14 商用激光器/激光雷達(dá)產(chǎn)品
第3章 新興光電探測(cè)方法
3.1 多波長(zhǎng)雷達(dá)
3.2 時(shí)域外差探測(cè)——強(qiáng)本振信號(hào)
3.3 時(shí)域外差探測(cè)——弱本振信號(hào)
3.4 合成孔徑激光雷達(dá)
3.5 數(shù)字全息術(shù)/空間外差
3.6 多輸人多輸出主動(dòng)光電傳感
3.7 散斑成像
3.8 使用飛秒激光源的激光雷達(dá)
3.9 先進(jìn)量子方法
3.10 非量子先進(jìn)技術(shù)
3.11 新興技術(shù)系統(tǒng)總結(jié)
第4章 主動(dòng)光電傳感部組件技術(shù)
4.1 成像激光源
4.1.1 二極管激光器
4.1.2 固態(tài)激光器
4.1.3 基于非線性光學(xué)的光源
4.2 探測(cè)器/接收器
4.2.1 單像元、小尺寸和大尺寸陣列
4.2.2 蓋革模式APD陣列
4.2.3 線性模式APD陣列
4.2.4 線性模式和蓋革模式APD比較分析
4.3 分幅相機(jī)
4.4 距離門相機(jī)
4.5 遠(yuǎn)距超低照度成像
4.6 石墨烯
4.6.1 石墨烯探測(cè)器
4.6.2 石墨烯材料在光電探測(cè)中的應(yīng)用啟示
4.7 量子點(diǎn)紅外探測(cè)器
4.8 光學(xué)天線
4.9 光束轉(zhuǎn)向與穩(wěn)定
4.10 熱控技術(shù)
4.10.1 探測(cè)器
4.10.2 低溫冷卻器
4.10.3 杜瓦瓶
4.11 望遠(yuǎn)鏡
4.12 自適應(yīng)光學(xué)
4.12.1 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)
4.12.2 應(yīng)對(duì)擴(kuò)展湍流的方案
4.13 處理、開發(fā)和傳播
4.13.1 目標(biāo)跟蹤
4.13.2 目標(biāo)分類
4.13.3 繪制三維地圖
4.13.4 三維目標(biāo)度量
4.13.5 數(shù)據(jù)文件大小、壓縮、傳播和通信帶寬要求
4.13.6 三維成像與其他傳感方式融合或協(xié)同
4.13.7 計(jì)算需求、處理吞吐量和處理器swaP
第5章 有源光電探測(cè)的基本規(guī)律與工程極限
5.1 照明光源
5.1.1 固態(tài)激光器
5.1.2 光纖激光器
5.1.3 非線性光學(xué)
5.2 探測(cè)器
5.2.1 探測(cè)器基本參數(shù)和極限
5.2.2 信號(hào)
5.2.3 噪聲源
5.2.4 探測(cè)器增益
5.2.5 關(guān)鍵探測(cè)器技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)
5.3 信號(hào)處理及其物理極限
5.4 傳輸效應(yīng)
5.4.1 大氣傳輸
5.4.2 水下傳播
總體結(jié)論和建議
附錄A 國(guó)家研究委員會(huì)工程和物理科學(xué)分部“對(duì)主動(dòng)光電系統(tǒng)進(jìn)展進(jìn)行
述評(píng)以避免形成不利于美國(guó)國(guó)家安全的技術(shù)突襲”專職委員會(huì)人員介紹
附錄B 會(huì)議和參與組織
附錄C 激光源及其基本參數(shù)和工程極限