國(guó)外空間目標(biāo)激光三維成像雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)分析

宋一鑠, 杜小平, 曾朝陽(yáng)

(1.裝備學(xué)院研究生管理大隊(duì),北京101416; 2.裝備學(xué)院航天指揮系,北京101416; 3.裝備學(xué)院光電裝備系,北京101416)

國(guó)外空間目標(biāo)激光三維成像雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)分析

宋一鑠1, 杜小平2, 曾朝陽(yáng)3

(1.裝備學(xué)院研究生管理大隊(duì),北京101416; 2.裝備學(xué)院航天指揮系,北京101416; 3.裝備學(xué)院光電裝備系,北京101416)

激光三維成像雷達(dá)可同時(shí)獲得目標(biāo)的灰度像和距離像,是完成空間目標(biāo)識(shí)別、交會(huì)對(duì)接和在軌服務(wù)等任務(wù)的關(guān)鍵測(cè)量設(shè)備之一。在研究其基本原理、系統(tǒng)組成和關(guān)鍵性能的基礎(chǔ)上,對(duì)不同體制激光三維成像雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑進(jìn)行了分析與比較,并總結(jié)了制約其在空間中應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。

激光三維成像雷達(dá);空間目標(biāo);探測(cè)原理;技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑

在空間目標(biāo)識(shí)別、交會(huì)對(duì)接和在軌服務(wù)等任務(wù)中,目標(biāo)的相對(duì)距離、速度和相對(duì)姿態(tài)信息可以通過(guò)解算空間目標(biāo)上特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)獲得[1]。

對(duì)于空間非合作目標(biāo),由于目標(biāo)上安裝的GPS接收機(jī)可能失效或非合作,因此1 km以遠(yuǎn)距離的非合作目標(biāo)主要依靠地面雷達(dá)進(jìn)行測(cè)量,輔助測(cè)量設(shè)備為激光測(cè)距儀[2];在1 km以內(nèi)至1 m的臨近操作和最終接近階段,激光三維成像雷達(dá)和相機(jī)類探測(cè)器具有不同的優(yōu)勢(shì),相機(jī)類探測(cè)器可以在20 m以內(nèi)距離給出極高的測(cè)量精度(mm量級(jí))和極高的空間分辨率,特別適合于控制機(jī)械臂進(jìn)行精密操作,但其精度隨距離迅速惡化[3-4],不適用于臨近操作階段,相比之下,激光三維成像雷達(dá)可以在臨近操作和最終接近階段提供所需的測(cè)距精度(cm量級(jí)),因此成為各航天大國(guó)研究的熱點(diǎn)。本文將在介紹激光三維成像雷達(dá)原理、系統(tǒng)組成和關(guān)鍵性能的基礎(chǔ)上,對(duì)不同體制激光三維成像雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑進(jìn)行分析與比較,同時(shí)總結(jié)了制約激光三維成像雷達(dá)在空間應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。

1 閃光成像雷達(dá)

1.1 基本原理與系統(tǒng)性能

閃光成像雷達(dá)(flash LADAR)基于脈沖飛行時(shí)間激光測(cè)距,利用1個(gè)(或幾個(gè))脈沖通過(guò)“閃光成像”的方式一次性獲得目標(biāo)的三維信息[5]。其核心器件是光電傳感器陣列以及集成在上面的激光雷達(dá)處理器,如圖1所示。

圖1 閃光成像雷達(dá)接收陣列結(jié)構(gòu)圖

閃光成像雷達(dá)處理器由多個(gè)芯片單元組成,每個(gè)單元通過(guò)銦縮柱連接工藝與對(duì)應(yīng)光電傳感器陣列中的探測(cè)單元相連。芯片單元的主要功能是對(duì)每個(gè)探測(cè)單元單獨(dú)計(jì)時(shí)并采集回波脈沖信號(hào)。在激光脈沖發(fā)射的同時(shí),每個(gè)芯片單元與1個(gè)精準(zhǔn)的斜降電壓相連,當(dāng)回波脈沖幅度超過(guò)觸發(fā)門(mén)限時(shí)與斜降電壓斷開(kāi),保存得到的電壓值以及回波脈沖的峰值,并由高速讀出電路輸出后進(jìn)行信號(hào)處理。通過(guò)分析其工作原理可知,采集得到的斜降電壓值與脈沖飛行時(shí)間呈線性關(guān)系。由于脈沖峰值大小會(huì)使觸發(fā)門(mén)限的時(shí)刻提前或滯后,造成距離行出現(xiàn)誤差,因此必須采集回波脈沖峰值以提高測(cè)距精度。

美國(guó)先進(jìn)科學(xué)概念公司生產(chǎn)的“龍眼”閃光成像雷達(dá)[6]關(guān)鍵性能如表1所示。

表1 “龍眼”閃光成像雷達(dá)關(guān)鍵性能

1.2 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑及瓶頸分析

APD陣列的性能決定了系統(tǒng)的探測(cè)性能,而讀出電路的性能則決定了系統(tǒng)的信號(hào)處理性能。因此APD陣列和讀出電路的研制即為關(guān)鍵技術(shù)。為減小陽(yáng)光干擾和保證使用安全,選擇激光波長(zhǎng)為1 550 nm,為此雷神公司開(kāi)發(fā)了HgCd Te APD陣列[7]。它通過(guò)在P型HgCd Te上進(jìn)行分子束外延生長(zhǎng)n型HgCd Te制備,所生產(chǎn)的HgCd Te APD陣列在300 K環(huán)境溫度下,響應(yīng)度約為15 A/W,增益可以達(dá)到100以上,過(guò)剩噪聲因子僅為2,噪聲等效功率小于1 n W,帶寬大于1 GHz。表2、表3為所實(shí)現(xiàn)的256像素×256像素HgCd Te APD陣列和讀出電路的關(guān)鍵參數(shù)。

表2 HgCd Te APD陣列關(guān)鍵參數(shù)

表3 讀出電路關(guān)鍵參數(shù)

雷神公司的256像素×256像素HgCd Te APD陣列及讀出電路的突出優(yōu)勢(shì)：① 陣列集成度很高;②可在300 K溫度和較高的增益下實(shí)現(xiàn)極低的過(guò)剩噪聲;③讀出電路使用0.18μm CMOS,加工難度和集成度很高;④讀出電路噪聲很低;⑤ 時(shí)鐘計(jì)數(shù)頻率很高(等效計(jì)數(shù)頻率3 GHz)且平穩(wěn);⑥克服光學(xué)串話問(wèn)題,在集成度很高情況下克服了讀出電路單元間的串?dāng)_問(wèn)題。

閃光成像雷達(dá)的突出優(yōu)點(diǎn)是成像幀速高、圖像無(wú)運(yùn)動(dòng)失真和抗背景光干擾能力強(qiáng),適合用于為近場(chǎng)交會(huì)至最終接近階段提供目標(biāo)的三維圖像。但是主要存在以下2個(gè)問(wèn)題：① 脈沖激光峰值功率很高,當(dāng)空間目標(biāo)上有強(qiáng)反射點(diǎn)時(shí),極易造成APD飽和甚至損毀,因此應(yīng)提高探測(cè)器的抗飽和能力;② 較高的計(jì)時(shí)精度、較寬的信號(hào)傳輸、處理帶寬和極高的信號(hào)采樣率對(duì)讀出電路要求很高,使得系統(tǒng)成本很高。

2 調(diào)頻連續(xù)波激光三維成像雷達(dá)

2.1 基本原理與系統(tǒng)性能

該型雷達(dá)基于調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距原理[8],系統(tǒng)由信號(hào)發(fā)射子系統(tǒng)、接收子系統(tǒng)以及信號(hào)處理子系統(tǒng)組成,如圖2所示。調(diào)制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒型調(diào)頻信號(hào),其中一路輸入激光調(diào)制電路作為連續(xù)波激光器的調(diào)制信號(hào),另一路輸入到接收子系統(tǒng)作為本振信號(hào)。激光器調(diào)制與驅(qū)動(dòng)模塊將調(diào)頻信號(hào)與激光器偏置電流疊加,形成激光器驅(qū)動(dòng)電流輸入激光器,使得發(fā)射激光的瞬時(shí)光功率隨調(diào)頻信號(hào)變化。光電探測(cè)器將目標(biāo)反射光轉(zhuǎn)換成光電流,其中交流部分與本振信號(hào)混頻形成包含目標(biāo)信息的差頻信號(hào)。差頻信號(hào)經(jīng)濾波、放大和采樣后,通過(guò)解算其頻率得到目標(biāo)距離。

圖2 調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距系統(tǒng)示意圖

由美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)(ARL)的“FOPEN”雷達(dá)[9]關(guān)鍵性能參數(shù)如表4所示。

表4 “FOPEN”雷達(dá)關(guān)鍵性能參數(shù)

2.2 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑及瓶頸分析

尋找合適的光電傳感器完成光電混頻是該體制成像的關(guān)鍵技術(shù)。ARL曾使用像增強(qiáng)管(IIT)進(jìn)行了光電混頻實(shí)驗(yàn)但效果不佳,主要因?yàn)椋孩買(mǎi)IT工作電壓過(guò)高,實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的峰-峰值為20 V的寬帶調(diào)制電壓產(chǎn)生的增益調(diào)制深度僅為10%～15%。②當(dāng)調(diào)制頻率高于500 MHz時(shí),調(diào)制信號(hào)被嚴(yán)重吸收;ARL又使用了量子阱調(diào)制器(QWEO)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)器件無(wú)法響應(yīng)足夠帶寬。需要指出的是,以上這2種接收器件都需要利用高速CCD對(duì)差頻信號(hào)進(jìn)行采集,從而限制了其進(jìn)一步使用;此后,ARL實(shí)驗(yàn)了光電混頻器(VMOD),其響應(yīng)度隨偏置電壓和帶寬迅速下降[10];在2000年以后的試驗(yàn)中,選用了金屬半導(dǎo)體金屬探測(cè)器(MSM)完成自混頻接收,MSM對(duì)直流光信號(hào)不敏感,從而改善了混頻效果。然而, MSM的響應(yīng)度依然較低,僅為0.2 A/W[11-12]; ARL于2004年嘗試使用電子轟擊有源像素傳感器(EBAPS)實(shí)現(xiàn)自混頻接收,通過(guò)改進(jìn)電路的接地方法和減少引腳電感,增大其響應(yīng)帶寬至400 MHz,通過(guò)使用50 W寬帶放大器產(chǎn)生220 V峰-峰值的調(diào)制信號(hào),使得調(diào)制深度達(dá)到31%[13]。2005年以后,ARL確定使用EBAPS作為該激光雷達(dá)的光電傳感器[14]。

調(diào)頻連續(xù)波激光三維成像雷達(dá)具有的突出優(yōu)點(diǎn)是：抗背景和人為光干擾能力強(qiáng)、不存在測(cè)距盲區(qū),特別是該體制不容易造成探測(cè)器飽和或損壞,因此特別適合用于臨近操作至最終接近階段的空間任務(wù)。但也主要存在以下2個(gè)問(wèn)題：

1)尋找適合完成光電混頻的光電探測(cè)器陣列仍然具有挑戰(zhàn)性,應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步對(duì)APD進(jìn)行光電混頻實(shí)驗(yàn),并對(duì)MSM探測(cè)器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),提高光電混頻性能;

2)需要對(duì)差頻信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)字信號(hào)處理,以提高成像速度。

3 鑒相式激光三維成像雷達(dá)

3.1 基本原理與系統(tǒng)性能

該激光三維成像雷達(dá)基于鑒相式激光測(cè)距。圖3為利用像增強(qiáng)器實(shí)現(xiàn)鑒相式激光測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖3 利用像增強(qiáng)器實(shí)現(xiàn)鑒相式激光測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生2路同頻同相的調(diào)制信號(hào),其中V1對(duì)激光器功率調(diào)制,V2用于微通道板(MCP)電壓調(diào)制。經(jīng)過(guò)調(diào)制的激光發(fā)射信號(hào)P0照射在目標(biāo)上,回波信號(hào)P1被光電陰極接收。V2經(jīng)高頻線性放大器提取出交流成分V3調(diào)制MCP電壓,得到含有相位差信息的信號(hào)P2。P2信號(hào)照射在熒光屏上,用CCD相機(jī)檢測(cè)即可得到含有相位差信息的積分值P3,通過(guò)精確測(cè)量該積分值并結(jié)合在無(wú)調(diào)制下的積分值即可根據(jù)測(cè)距原理解算得到目標(biāo)距離。

由桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Sandia)研制的“LDRI”雷達(dá)[15]的關(guān)鍵性能參數(shù)如表5所示。

表5 “LDRI”雷達(dá)關(guān)鍵性能參數(shù)

3.2 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑及瓶頸分析

鑒相式激光測(cè)距對(duì)激光器本身和驅(qū)動(dòng)源的穩(wěn)定性要求很高,這是因?yàn)槿绻骄l(fā)射功率不穩(wěn)定會(huì)造成調(diào)制時(shí)和去調(diào)制時(shí)的平均接收信號(hào)功率不同從而引起測(cè)距誤差[16]。因此提高驅(qū)動(dòng)源的穩(wěn)定性是其關(guān)鍵技術(shù)之一,此外,CMOS或CCD傳感器的噪聲水平也會(huì)對(duì)測(cè)距造成較大影響。鑒相式激光三維成像雷達(dá)需要4次成像才能產(chǎn)生1幅三維圖像,如果在4次成像過(guò)程中目標(biāo)與雷達(dá)間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng),會(huì)造成圖像運(yùn)動(dòng)失真。為此, Sandia曾經(jīng)提出“分光器+光纖耦合”的并行成像解決方案,并研制了“SRI Quad Flash Sensor”,它將進(jìn)入一個(gè)鏡頭的光分成4份并分別使用4個(gè)CCD進(jìn)行處理,根據(jù)這4幅圖像生成距離像。這樣雖解決了圖像運(yùn)動(dòng)失真問(wèn)題,但卻降低了測(cè)距精度,因?yàn)樗褂玫?個(gè)CCD不可能具有相同的性能,使得基于多幅圖像聯(lián)合處理的背景光/噪聲抵消性能大幅下降,從而產(chǎn)生較大的測(cè)距誤差[17]。

鑒相式激光三維成像雷達(dá)的突出優(yōu)點(diǎn)是測(cè)距精度高、光電探測(cè)器成熟、信號(hào)處理簡(jiǎn)單,適用于臨近操作至最終接近階段的空間任務(wù),尤其適合近距離超高精度高分辨率三維成像,航天器表面探傷等場(chǎng)合。但是主要存在以下3個(gè)問(wèn)題：① 存在嚴(yán)重的距離模糊,應(yīng)當(dāng)通過(guò)多調(diào)制頻率測(cè)量消除;②需要多次成像生成1幅三維圖像,因此存在圖像運(yùn)動(dòng)失真;③ 抗背景、人為光干擾能力較差。

4 光子計(jì)數(shù)激光三維成像雷達(dá)

4.1 基本原理與系統(tǒng)性能

對(duì)激光飛行時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)測(cè)量[18]。激光發(fā)射時(shí)觸發(fā)計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù),在多個(gè)時(shí)間段內(nèi)(對(duì)應(yīng)多個(gè)空間距離段)統(tǒng)計(jì)光子計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)。引發(fā)計(jì)數(shù)的可能是背景光、信號(hào)和APD自身的暗計(jì)數(shù),但背景光和暗計(jì)數(shù)具有時(shí)空平均分布的統(tǒng)計(jì)特性,通過(guò)設(shè)定閾值即可濾除。圖4對(duì)測(cè)量原理進(jìn)行了說(shuō)明。

圖4 光子計(jì)數(shù)激光測(cè)距原理示意圖

如圖4(a)所示為回波脈沖信號(hào)的光子密度隨時(shí)間分布特性?；夭ㄖ械谋尘肮夂吞綔y(cè)器噪聲可看作是隨機(jī)到來(lái)的光子,其密度隨時(shí)間的分布較為平均。探測(cè)器會(huì)響應(yīng)每個(gè)接收到的光子(或噪聲)并進(jìn)行計(jì)數(shù),最后處理電路將時(shí)間分為許多個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間格子(1個(gè)時(shí)間格子對(duì)應(yīng)1個(gè)距離格子),得到每個(gè)格子內(nèi)的光子計(jì)數(shù)值。由于回波激光信號(hào)和背景光(以及探測(cè)器的暗計(jì)數(shù))都可以觸發(fā)計(jì)數(shù),因此對(duì)于1次脈沖測(cè)量(如圖4(b)所示)是沒(méi)有意義的,只有進(jìn)行多次脈沖測(cè)量并且對(duì)計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)才有意義,此時(shí)可更加明顯地看到由激光脈沖信號(hào)引起的光子計(jì)數(shù)結(jié)果(如圖4(c)所示)。

由麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室研制的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的關(guān)鍵性能參數(shù)[19]如表6所示。

表6 光子計(jì)數(shù)雷達(dá)關(guān)鍵性能參數(shù)

4.2 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑及瓶頸分析

光子計(jì)數(shù)激光三維成像的關(guān)鍵技術(shù)是蓋革模式APD焦平面陣列,它需要具有單光子探測(cè)靈敏度。蓋革模式APD焦平面陣列由基于InGa As (P)/InP結(jié)構(gòu)的蓋革模式APD陣列(Gm APD PDA)、微透鏡陣列(MLA)和讀出電路(ROIC)組成[20],如圖5所示。整個(gè)焦平面陣列固定在陶瓷插槽(ceramic interposer)上并通過(guò)TEC散熱。APD陣列與讀出電路靠銦縮球連接,讀出電路控制APD陣列是否工作,在工作狀態(tài)下,偏置電壓比雪崩電壓高5 V,工作持續(xù)時(shí)間(距離門(mén)時(shí)間)為幾微秒。每個(gè)探測(cè)單元都包含有偽隨機(jī)計(jì)時(shí)器、閾值檢測(cè)電路、主動(dòng)淬滅電路和存儲(chǔ)單元,其中集成的計(jì)時(shí)器為11位分辨率,距離門(mén)時(shí)間一般為2μs,串行讀出1 024個(gè)數(shù)據(jù)時(shí),幀速可達(dá)到186 k Hz。位于APD陣列上方的磷化鎵微透鏡陣列用于提高有效填充系數(shù),相比APD陣列固有的填充系數(shù)(約為9%),使用微透鏡陣列后等效填充系數(shù)達(dá)到了70%以上。

圖5 焦平面陣列結(jié)構(gòu)圖

光子計(jì)數(shù)激光三維成像雷達(dá)的突出優(yōu)點(diǎn)是：可以使用很小的激光功率實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離大范圍成像。但該體制成像主要存在以下3個(gè)問(wèn)題：① 需要較長(zhǎng)的累計(jì)時(shí)間以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采集,造成圖像運(yùn)動(dòng)失真;②抗背景光、人為光干擾能力不強(qiáng);③對(duì)焦平面陣列性能要求很高。

5 結(jié)束語(yǔ)

激光三維成像雷達(dá)是完成目標(biāo)識(shí)別、交會(huì)對(duì)接和在軌服務(wù)等空間任務(wù)的關(guān)鍵測(cè)量設(shè)備之一,也是當(dāng)前國(guó)外工程技術(shù)研究的熱點(diǎn)。通過(guò)分析國(guó)外在研或使用的4種體制的激光三維成像雷達(dá)可知,其關(guān)鍵技術(shù)主要是研制適用于不同體制的高性能、高分辨率光電混合焦平面陣列,如對(duì)于閃光成像雷達(dá)和光子計(jì)數(shù)激光三維成像雷達(dá),要求讀出電路必須具有極高的處理速度;對(duì)于調(diào)頻連續(xù)波和鑒相式激光三維成像雷達(dá),要求光電探測(cè)器必須具有易于實(shí)現(xiàn)光電混頻的能力。當(dāng)用于空間目標(biāo)探測(cè)時(shí),對(duì)于閃光成像雷達(dá),其主要瓶頸是高反射率空間目標(biāo)容易造成探測(cè)器飽和或損毀;對(duì)于其余3種激光三維成像雷達(dá),主要瓶頸為成像速度較慢造成圖像運(yùn)動(dòng)失真。

References)

[1]徐文福,劉宇,梁斌,等.非合作航天器的相對(duì)位姿測(cè)量[J].光學(xué)精密工程,2009,17(7)：1570-1581.

[2]Goddard Space Flight Center.On-orbit satellite servicing study project report[R].Greenbelt：National Aeronautics and Space Administration,2010：141-145.

[3]RUEL S,LUU T,BERUBE A.Space shuttle testing of the TriDAR 3D rendezvous and docking sensor[J].Journal of Field Robotics,2012,29(4)：535-553.

[4]SELLMAIER F,SPURMANN J,GULLY S,et al.On-orbit servicing mission：challenges and solutions for spacecraft operations[C]//AIAA.SpaceOps 2010 Conference.Huntsville,Alabama,USA：AIAA,2010：1-11.

[5]STETTNER R,BAILEY H,RICHMOND R.Eye-safe laser radar 3D imaging[J].SPIE,2001,4377：46-56.

[6]CHRISTIAN J A,HINKEL H,DSOUZA C N,et al.The sensor test for orion Rel Nav risk mitigation(STORRM)development test objective[R].Houston：American Institute of Aeronautics and Astronautics,2010：1-20.

[7]MCKEAG W,VEEDER T,WANG JX,et al.New developments in HgCd Te APDs and ladar receivers[J].SPIE,2011, 8012：301-1-301-14.

[8]STANN B,GIZA M,ROBINSON D,et al.A scannerless ladar using a laser diode illuminator and FM/cw radar principles[J].SPIE,1999,3707：421-431.

[9]STANN B,REDMAN B C,LAWLER W,et al.Chirped amplitude modulation ladar for range and Doppler measurements and 3D imaging[J].SPIE,2007,6550：05-1-05-12.

[10]RUFF W,BRUNO J,KENNERLY S,et al.Self-mixing detector candidates for an FM/cw ladar architecture[J]. SPIE,2000,4035：152-162.

[11]RUFF W,ALIBERTI K,DAMMANN J,et al.Performance of an FM/cw prototype ladar using a 32-element linear selfmixing detector array[J].SPIE,2003,5086：58-69.

[12]STANN B,ALIBERTI K,CAROTHERS D.A 32×32 pixel focal plane array ladar system using chirped amplitude modulation[J].SPIE,2004,5412：264-272.

[13]REDMAN B C,STANN B,RUFF W,et al.Anti-ship missile tracking with a chirped amplitude modulation ladar[J]. SPIE,2004,5413：113-124.

[14]REDMAN B,RUFF W,STANN B,et al.Anti-ship missile tracking with a chirped AM ladar-update：design,model predictions and experimental results[J].SPIE,2005,5791：330-341.

[15]NELLUMS R O,HABBIT R D,HEYING M R,et al.3D scannerless ladar for orbiter inspection[J].SPIE,2006, 6220：G1-G17.

[16]李芳菲,張珂殊,龔強(qiáng).無(wú)掃描三維成像激光雷達(dá)原理分析與成像仿真[J].科技導(dǎo)報(bào),2009,27(8)：19-22.

[17]HABBIT R D,NELLUMS R O,NIESE A D,et al.Utilization of flash ladar for cooperative&uncooperative rendezvous and capture[J].SPIE,2003,5088：146-157.

[18]HEINRICHS R M,AULL B F,MARINO R M,et al. Three-dimensional laser radar with APD arrays[J].SPIE, 2001,4377：106-117.

[19]CHO P,ANDERSON H,HATCH R,et al.Real-time 3D ladar imaging[J].Lincoln Laboratory Journal,2006,16 (1)：147-164.

[20]ITZLER M A,Mark ENTWISTLE M,OWENS M,et al. Geiger-mode avalanche photodiode focal plane arrays for three-dimensional imaging LADAR[J].SPIE,2010,7808：C-1-C-14.

(編輯：孫陸青)

The Key Technology Analysis of Foreign 3D LADAR for Space Target

SONG Yishuo1, DU Xiaoping2, ZENG Zhaoyang3
(1.Department of Graduate Management,Equipment Academy,Beijing 101416,China; 2.Department of Space Command,Equipment Academy,Beijing 101416,China; 3.Department of Optical and Electronic Equipment,Equipment Academy,Beijing 101416,China)

3D laser detect and ranging(LADAR)can simultaneously acquire the gray scale image and the range profile of target which makes it the key equipment in the missions such as space target reorganization,rendezvous and docking and on-orbit service.The basic working principles,system configurations and key performances are studied and the key technical approaches are analyzed and compared for LADAR with different principles;furthermore,the technical bottlenecks that confine the uses in space are also summarized.

3D laser detect and ranging(LADAR);space target;detection principles;technical approaches

TN 29

2095-3828(2014)01-0055-06

ADOI10.3783/j.issn.2095-3828.2014.01.013

2013-03-19

部委級(jí)資助項(xiàng)目

宋一鑠(1985-),男,博士研究生.主要研究方向：空間主動(dòng)光學(xué)測(cè)量.stephensong1005@sina.com.cn.杜小平,女,教授,博士生導(dǎo)師.