基本介紹
- 中文名：雷射高度表
- 外文名：Laser altimeter
- 原理：雷射測距
- 優點：精度高、抗電磁干擾能力強
雷射高度表測高原理,用途,研究現狀及發展,
雷射高度表測高原理
高度表脈衝法測高原理圖設地而高度為H，光脈衝往返經過的時間為，光在空氣中的傳播速度為c，則:
在地形起伏較大的地區，天底點(雷達照射地而的正下方)的回波返回時刻既有可能出現在回波的前沿(例如平地、山頭，此時天底點就是最近點，其位置是在回波的起點)，也有可能出現在回波的其它位置(如窪地).
特別對於寬波束雷達高度表，由於天線照射而積較大，使得回波脈衝寬度大為展寬，這種情況下，無線電高度表測量的高度與飛彈距離其正下方地而的實際高度差別較大。雷射高度表由於波束窄，受地而起伏影響小，因而測量精度相對較高。
特別對於寬波束雷達高度表，由於天線照射而積較大，使得回波脈衝寬度大為展寬，這種情況下，無線電高度表測量的高度與飛彈距離其正下方地而的實際高度差別較大。雷射高度表由於波束窄，受地而起伏影響小，因而測量精度相對較高。
影響高度表測量精度的另一因素是飛彈的飛行姿態。設巡航飛彈距地而的真實高度為H，由於飛彈的飛行瞬時姿態不平行於地面，所以會造成雷射高度表的發射路徑與飛彈跟地而的垂線之間形成一定的角度Y，顯然Y的大小與飛彈姿態角中的橫滾角m及俯仰角l都有關，可以表示為Y=f(m,l)。由於Y的存在，從而導致測量距離L=h/cosy，所造成的測量誤差△L = L一h-h(secy-1)。假設發射的電磁波波束角為R，當Y>R時，其測量誤差△L就不可忽略了。對於雷射高度表而言，其波束角更小，因此飛彈姿態運動對其測量誤差的影響就更大。因而採用雷射高度表測量地形高度時，需要通過彈上慣導系統實時測量飛彈的姿態角，根據觀測的姿態值對高度表的測量結果進行修正。
用途
雷射高度表可被安裝于飛機、衛星等測試平台上。它主要由雷射發射模組、雷射接收模組和數據處理模組三部分組成。雷射發射模組發射出的雷射首先被打到地面、洋面上的冰塊等探測目標上，然後被目標反射回飛機或衛星等測試平台上。雷射接收模組接收到反射回來的光信號，並把它轉換成為電信號。數據處理模組會精確地測量出從雷射發射到雷射高度計接收到雷射的時間，而這段時間就是雷射在大氣中的傳輸時間，在這段時間內，雷射行走的路程是高度表與探測目標間距離的兩倍。
研究現狀及發展
雷射測高是一門新興技術，在地球科學和行星科學領域有著廣泛的套用。利用雷射作為遙感設備可追溯到40多年以前。從20世紀60年代到70年代這段時期，人們進行了多項試驗，結果都顯示了利用雷射進行遙感的巨大潛力，其中包括雷射測月和衛星雷射測距。美國早在20世紀70年代阿波羅登月計畫中就套用了雷射測高技術。20世紀80年代，雷射測高得到了迅速發展，包括當時美國NASA研製的大氣海洋LIDAR系統(AOL)以及機載地形測量設備(ATM)等機載系統。但機載/空載雷射掃描測高技術直到最近十幾年才取得了重大進展，研製出精確可靠的雷射測高感測器，包括太空梭雷射測高儀（shuttle laser altimeter, SLA）、火星觀測雷射測高儀(mars observer laser altimeter, MOLA)以及月球觀測雷射測高儀(lunar observer laser al-timeter, LOLA )。利用它們可獲取地球表面、火星表面及月球表面的高解析度的地形信息，這對於研究地球和火星等行星的真實形狀等有著重要的科學意義。太空梭雷射測高儀由NASA/GSFC設計，它是一種空間飛行儀器，安置在太空梭上，從地球低軌道上測量地形，為星載雷射測高作科學試驗。1984年就有研究者從事機載雷射地形測量的研究並給出了測量結果；德國斯圖加特大學攝影測量學院在1988年開始研究機載雷射掃描地形斷面測量系統;荷蘭測量部門自1988年就開始從事利用雷射掃描測量技術提取地形信息的可行性研究。在雷射高度表對地球表面的探測領域中，美國科學家們也曾多次套用雷射高度表來勘測地表的植被覆蓋情況、海平面的高度等地表的物理特性，以及雲層和空氣中懸浮物質的光學厚度。通過安裝在飛機或衛星上的雷射高度計的幫助，人類將探索的觸角伸向了地球的更深處。
