雷达

1 雷达历史回顾
- 1.1 雷达简介
- 1.2 雷达的诞生
2 车载激光雷达
- 2.1 车载激光雷达简介
- 2.2 激光雷达的构成单元
3 车载激光雷达的分类
4 知名的雷达企业
5 雷达的专业名词
- 5.1 APD 雪崩光电二极管
- 5.2 视场角
- 5.3 回波模式
- 5.4 雷达中几线的含义
- 5.5 激光雷达前窗材质
- 5.6 激光雷达前窗防雨水贴膜

1 雷达历史回顾

雷达的历史回顾-都世民

1.1 雷达简介

雷达是英文名词“Ｒａｄａｒ”的音译，它的原意是：无线电探测和定位。早先概念是：由雷达发射机产生具有给定参数的电磁波，经天线辐射到空间，通过天线波束在空间扫描，一旦目标出现，就会对辐照的电磁波产生反射和散射，此反射波和散射波再被雷达天线接收，送至接收机，经检波、放大和信息处理后，即可获得空中目标的位置和目标的其它属性。这里所说的发射机就是雷达的辐射源。因此这种雷达称作有源雷达。后来，随着电子技术、雷达技术和各种武器技术的发展，如今雷达的概念有所扩展，除上述有源雷达外，又派生出无源雷达，也就是说这种雷达没有辐射源，这种雷达是借用空间已有的电波，照射到目标所形成的囬波来探测目标。如今学术界称这种雷达为外辐射源雷达。从雷达本身看，它是无辐射源，实际上是有源，这源是外部辐射源。

1.2 雷达的诞生

1864年，伟大的电磁之父麥克斯韦(Ｊａｍｅｓ Ｃ１ｅｒｋ Ｍａｘｗｅ１１）发表了巨著“电磁学通论”，从数学和物理学，论证了电磁波的存在，并指出光就是电磁波！1886年，赫兹(Ｈｅｉｎｅｒｉｃｈ Ｈｅｒｔｚ)巧夺天工，他发明了天线，将谐振回路形成的电磁波,辐射到空间，证实了电磁波的存在。1897年，波波夫利用无线电波探测物体。1897年，汤普森（J J Thompson）展开对真空管内阴极射线的研究。1903年-1904年，德国侯斯美尔(Christian Hulsmeyer)发明了船用防撞雷达，获得了专利权。这种雷达只能测量目标的距离。同年，世界上出现了第一架飞机。1906年,德弗瑞斯特（De Forest Lee）发明真空三极管，是世界上第一种可放大信号的主动电子元件.1914-1918年，第一次世界大战。飞机在战场上的作用越来越大。当时飞机飞行速度不高，人们是通过声波探测来提前预警飞机信息。因此有的科普作家认为雷达的诞生从声波探测开始，也有人认为雷达的诞生是起始于多普勒效应的发现。1916年，马可尼（ Marconi）和富兰克林（Franklin）开始研究短波信号反射。1917年，罗伯特·沃特森·瓦特（Robert Watson-Watt）成功设计雷暴定位装置,它宣告了雷达的诞生。1922年，英国马可尼（M.G.Marconi）在无线电工程师学会（IRE）领奖时，提出船用防撞雷达测角的建议。发表演说的题目是可防止船只相撞的平面测角雷达。1922年,美国泰勒和杨建议在两艘军舰上装备高频发射机和接收机以搜索敌舰。1924年,,英国阿普利顿和巴尼特用无线电波测量电离层（ionosphere）的高度。美国布莱尔和杜夫用脉冲波来测量。1925年，美国布赖特（Gregory Breit）和图夫（Merle Antony Tuve）合作，在观测阴极射线管电离层时，发现短脉冲回波，被认为是首次验证雷达原理。1931年,美国海军研究实验室利用拍频原理，先从发射机发射连续波，三年后从发射机发射脉冲波，开始研制雷达。1934年，海军研究实验室(Naval REsearch Lab.)的佩奇(R.M.Page)，首次拍摄到由飞机反射回来的，短脉冲回波的照片。1935年，英国人和德国人首次实现，用空中飞机反射回波形成的短脉冲来測距。1935年，法国古顿用磁控管产生波长为16厘米的电磁波，可以在雾天或黑夜发现其它船只。这是雷达民用的开始。1936年1月，英国罗伯特.沃森.瓦特(Robert Watson Wart)在索夫克海岸，架起了英国第一部实用雷达站“Chain Home”。英国空军又增设了五个，它们在第二次世界大战中发挥了重要作用。1937年，马可尼公司替英国加建20个链向雷达站。1937年，美国第一个军用舰载雷达XAF试验成功。1939年安装在美国海军纽约号（New York）战舰上，探测飞机的距离为85海里。1937年，瓦里安兄弟（Russell and Sigurd Varian）研制成高功率微波振荡器，又称速调管（klystron）。可用来增加雷达探测距离。1937年，美国开始研制相控阵雷达，直到20世纪50年代中期，研制出实用型舰载相控阵雷达。1939年，布特（Henry Boot）与兰特尔（John T. Randall）发明电子管，又称谐振腔磁控管（resonant-cavity magnetron ）。可用来增大发射机功率，从而增加雷达探测距离。1941年，前苏联最早在飞机上装备预警雷达。1941年12月，美国己生产100部SCR-270/271陆军通信兵预警雷达，其中有一部架设在檀香山，当年它探测到日军飞机偷袭珍珠港，但却误认为是友军飞机，铸成大悲剧。1943年，美国麻省理工学院研制出机载雷达平面位置指示器，预警雷达。並发明了多目标分辨。1945年，二次大战结束后，全凭发射机装有磁控管的雷达，盟军得以打败德国。1947年，美国贝尔电话实验室研制出线性调频脉冲雷达。20世纪50年代中期，美国装备了超视距预警雷达系统，可以探测超音速飞机。不久又研制出脉冲多普勒雷达。20世纪50年代中期，研制出实用型舰载相控阵雷达。20世纪50年代末期，美国在Ｆ-22战机和Ｆ-35联合战斗机上，装备有AN/APG-77、AN/APG-79、AN/APG-81等为代表的有源相控阵雷达。20世纪60年代，美国装备了多部相控阵雷达ＡＮ/ＦＰＳ-46，ＡＮ/ＦＰＳ-85，前苏联也装备了“鸡笼”和“狗窝”等固定式相控阵雷达。用于弹道导弹防御系统。70年代，英、法、日、意、德、瑞典等也都装备了相控阵雷达。1959年，美国通用电器公司研制出弹道导弹预警雷达系统，可发现並跟踪3000英里外，600英里高的导弹，预警时间为20分钟。1964年，美国安装了第一部空间轨道监视雷达，用于监视人造地球卫星或空间飞行器。试图反洲际弹道导弹。1971年，加拿大伊朱卡等3人发明全息矩阵雷达。与此同时，数字雷达技术在美国出现。20世纪80年代，相控阵雷达实现了多功能，成为远程反导防御系统重要组成部分。20世纪80年代，美国加强研制弹道导弹防御系统，它包括战区导弹防御系统（ＴＭＤ）和国家导弹防御系统（ＮＭＤ）。这是一种多层面防御体系，来实现反导。它是以陆、海、空一体化，全方位实施栏截来袭远程导弹。一般说来它包括陸基相控阵雷达网、超视距雷达网、红外预警卫星网和天基预警雷达网组成的探测系统。此系统还可以探测载人航天飞机和空间卫星。

2 车载激光雷达

2.1 车载激光雷达简介

车载激光雷达

2.2 激光雷达的构成单元

激光雷达系统由四大基本单元构成：

• 发射单元：激光器、发射光学系统;• 接收单元：接受光学系统、光学滤光装置、光电探测器;• 控制单元：控制器、逻辑电路;• 信号处理单元：信号处理、数字校准与输出 ;

下图总结了评价一个激光雷达的重要的技术指标

3 车载激光雷达的分类

LiDAR的分类方式有很多种。前面我们已经介绍了按激光雷达扫描线束数量的多少来分类，LiDAR可分为单线束LiDAR与多线束LiDAR。顾名思义，单线束LiDAR扫描一次只产生一条扫描线，其所获得的数据为2D数据，因此无法区别有关目标物体的3D信息。多线束LiDAR扫描一次可产生多条扫描线，目前市场上多线束产品包括4线束、8线束、16线束、32线束、64线束等，其细分可分为2.5D LiDAR及3D LiDAR。2.5D LiDAR与3DLiDAR最大的区别在于LiDAR垂直视野的范围，前者垂直视野范围一般不超过10°，而后者可达到30°甚至40°以上。

今天我们按照激光雷达有无机械旋转部件来分类，包括普通的机械式旋转LiDAR、混合固态LiDAR、不旋转全固态LiDAR。

可能大家对这种分类有点疑惑，难道LiDAR还跟水的三态一样，分固态、液态和气态不成？当然不是！如果您对硬盘的机械式、混合固态、固态早有耳闻，那么理解LiDAR的三种技术流派就没那么费力了！LiDAR的固态主要跟激光发射装置是否存在机械旋转部件有关，固态LiDAR中是没有机械旋转部件的，取而代之的是电子部件来实现发射激光束的转动。

机械LiDAR通过不断旋转发射头，将速度更快、发射更准的激光束从“线”变成“面”，并在竖直方向上排布多束激光（即32或64线雷达），形成多个面，达到动态3D扫描的目的。但其有“大、重、贵”的缺点，确实让人难以接受。对于量产的无人驾驶汽车来说，机械旋转LiDAR是不可接受的，只有固态激光雷达，无论从成本，尺寸，还是实车安装方式，都可以满足量产化的要求。

4 知名的雷达企业

5 雷达的专业名词

5.1 APD 雪崩光电二极管

自动驾驶基础光电探测器介绍

上述为系列文章合集，比较不错。

5.2 视场角

视场角来源于百度百科

水平视场角，眼睛水平方向左右的夹角
垂直视场角，眼睛垂直方向上下的夹角

从零到一，MEMS激光雷达的车规量产梦想照进现实

5.3 回波模式

回波模式的理解

激光雷达基本参数中，有时出现回波模式和回波强度的参数，理解如下, 摘抄上述博客。

回波模式
表示激光雷达打出一束激光后可以接收几个回波。

单回波：表示打出1个激光点，激光雷达最多接收1个回波。
双回波：表示打出1个激光点，激光雷达最多接收2个回波。
为什么会出现双回波模式

原因在于，激光雷达发出的激光点是有一定面积的，有时可能会出现1个激光点发出后，打在2个物体上（如同一束激光打在两片树叶上），此时如果是单回波模式就会出现有1个物体上的激光点没被雷达捕捉回来，造成信息丢失。
是否可以进一步提升至三回波、四回波？
接收回波多少，要看激光的发射强度，如果发射强度不够，三回波以上就没有意义了。
回波强度：
与灰度图像的灰度值类似，表示回波反射的分辨率。如8bit的回波强度表示256个回波强度值。

5.4 雷达中几线的含义

https://www.zhihu.com/question/405457595/answer/1330562982

单线雷达

单线雷达就是只有一个激光发射器和接收器，经过电机的旋转，投射到前面障碍物是一条线，这样的好处是数据量处理起来比较少，效率高，稳定性好，技术成熟，但是只能检测同一个高度的障碍物，不能测量整体轮廓，多应用于扫地机器人、酒店服务机器人
多线雷达

多线雷达目前市场有4线、8线、16线、32线、64线、128线，就是在垂直方向上具有多个发射器和接收器，通过电机的旋转，获得多条线束，线数越多，物体表面轮廓越完善，当然处理的数据量越大，对硬件要求越高；多线雷达主要应用在无人驾驶上，可以计算物体的高度信息，并对周围坏境进行3D建模

5.5 激光雷达前窗材质

普通玻璃，碎石冲击时易碎
蓝宝石玻璃
蓝宝石玻璃(SAPPHIRE CRYSTAL)一般是指人工合成的蓝宝石，与人们平常理解的珠宝——天然蓝宝石有着很大的区别，一般用于腕表镜面的制造。
它与钨钛合金和高科技陶瓷都是抗磨损的材料。这些材料虽能抗磨损，但却不能承受强力撞击，同时一些硬度相同或更高的物质(例如：磨石，砂纸，指甲挫，花岗石面，混凝土墙面及地面等)都有可能会刮花这些材料的表面。
蓝宝石是刚玉宝石中除红色的红宝石之外，其它颜色刚玉宝石的通称，主要成分是氧化铝（Al2O3）。蓝宝石玻璃是指人工合成的蓝宝石，在实验室里可以很容易和便宜地生产出宝石级的蓝宝石，其化学成分和物理性质与天然蓝宝石相同。

5.6 激光雷达前窗防雨水贴膜

下雨之后，有雨水粘在激光器前窗上面，由于水的反射存在，影响了激光器的发射接收。所以为了解决这个问题，需要引入贴膜，防止雨水功能。按功能主要分为2类。

亲水贴膜
亲水玻璃膜中含有一种具有光催化活性的纳米材料，它能吸收一定波长的光，产生自由电子和空穴，使膜表面吸咐的污染物发生氧化还原分解而除去并杀死表面微菌，达到自洁的目的，已有研究表明空气中有机物和氮化物等有害污染分子的除去，一般的室内光线就可以启动的自洁功能；而膜的超亲水性要归结于表面双亲区域的形成，当光照射在膜表面，表面膜中的桥氧键吸收能量发生断裂形成氧的空缺和低价金属离子，后者离解空缺周围的化学吸咐水而形成亲水区域，其它的表面区域则保持疏水状态，而水滴总大于(几个数量级)这些亲水区或疏水区，因此，水滴在经过一定时间光照后的膜表面会完全铺展开来，这种情况类似于二维毛细管现象。所以，从微观来说，膜表面存在亲水区和疏水区，而宏观上表现出超亲水性。
出水贴膜
防止水粘在薄膜上，具体代表有《永新股份上市公司》
问题点
亲水膜不耐磨，出水膜高温易碎。

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