有源電光傳感系統(tǒng)利用激光發(fā)射的傳輸光場(chǎng)與遠(yuǎn)處物體相互作用，接收系統(tǒng)檢測(cè)帶有物體信息的散射光。因此，有源電光傳感系統(tǒng)類(lèi)似于微波雷達(dá)系統(tǒng)，不同點(diǎn)在于可以工作在電磁波譜的可見(jiàn)光和紅外區(qū)域。由于可見(jiàn)光和紅外的波長(zhǎng)較短，有源電光系統(tǒng)比雷達(dá)系統(tǒng)具有較高的角度分辨率和精度范圍。與無(wú)源電光系統(tǒng)相比，又具有控制照明的優(yōu)勢(shì)，例如，控制照明可以使有源電光傳感系統(tǒng)在白天或者夜間在短波段工作，又可以很好地控制陰影效應(yīng)。因此，有源電光傳感系統(tǒng)與微波雷達(dá)相比具有良好的分辨率，與無(wú)源電光系統(tǒng)相比有照明優(yōu)勢(shì)。

　　這些功能結(jié)合在一起使得其應(yīng)用于新型獨(dú)特的可操作重要商業(yè)、軍事和情報(bào)領(lǐng)域。一個(gè)理想應(yīng)用的例子是與雷達(dá)影像相比其提供的影像更接近于人眼觀察到的影像，但是在距離方面又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了無(wú)源電光感應(yīng)系統(tǒng)。三維地圖是有源電光傳感的一項(xiàng)重要商業(yè)和軍事應(yīng)用，其提供的關(guān)鍵信息是現(xiàn)有替代技術(shù)所不能提供的。預(yù)計(jì)有源電光傳感測(cè)量提供的全球性、三維數(shù)據(jù)庫(kù)將會(huì)支撐民用、商用和軍用需求的各種類(lèi)型的組織地理空間信息。有源電光傳感系統(tǒng)潛在的科研、商業(yè)、軍事轉(zhuǎn)型應(yīng)用是來(lái)自太空的風(fēng)向和速度的精確映射，使天氣預(yù)報(bào)更加準(zhǔn)確，為飛機(jī)提供更高效的飛行路線，提高遠(yuǎn)程武器的精確度。另外一個(gè)實(shí)例是物美價(jià)廉的3D圖像為引導(dǎo)無(wú)人駕駛汽車(chē)或控制機(jī)器人提供必要的信息。有源電光傳感非常適合高敏感振動(dòng)檢測(cè)，可以判斷功率是否流過(guò)變壓器或液體是否流過(guò)管道或遠(yuǎn)程遙控車(chē)載多少液壓缸以及是否需要補(bǔ)給。

　　下面節(jié)選委員會(huì)給出的主要結(jié)論和建議：

　　結(jié)論1-1：有源電光傳感利用照明控制實(shí)現(xiàn)無(wú)源電光傳感無(wú)法實(shí)現(xiàn)的測(cè)量。利用照明控制包括其相干特性。

　　結(jié)論1-2：有源電光傳感提供了許多雷達(dá)具有的控制照明優(yōu)勢(shì)，工作在更短波段，更大范圍精度和角分辨率以及更多的文字可解釋性。

　　結(jié)論2-18：有源電光傳感有望顯著改變商業(yè)、軍事和情報(bào)業(yè)務(wù)，正如雷達(dá)在過(guò)去七十年所作的貢獻(xiàn)。

　　傳統(tǒng)雷達(dá)和有源電光傳感之間的接近類(lèi)比可以作為有源電光傳感發(fā)展路線的指南。雷達(dá)作為第二次世界大戰(zhàn)發(fā)明的改變游戲規(guī)則的技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟，以新穎方式客服了各種限制，激增了范圍更廣的軍事和商業(yè)應(yīng)用。雷達(dá)開(kāi)發(fā)出來(lái)的很多種技術(shù)都與有源電光傳感相類(lèi)似，如先進(jìn)波形合成孔徑成像漸漸地被有源電光傳感所應(yīng)用。

　　光學(xué)有源電光傳感有兩種主要類(lèi)型：1) 直接檢測(cè)，直測(cè)量返回信號(hào)的強(qiáng)度；2)外差或相干檢測(cè)，測(cè)量返回信號(hào)的電磁場(chǎng)，包括相位和強(qiáng)度。直接檢測(cè)可以生成類(lèi)似于無(wú)源電光傳感的傳統(tǒng)二維灰度圖像，而有源電光傳感產(chǎn)生的二維灰度圖像可以提高額外的自由度，類(lèi)似于無(wú)源電光傳感的增強(qiáng)功能，也就是說(shuō)，增強(qiáng)偏振度、顏色、時(shí)間調(diào)制。不同點(diǎn)在于有源傳感器使用照明控制(定時(shí)、波形、頻譜特性、偏振等)，受控照明的一種結(jié)果是利用光速測(cè)量距離，利用時(shí)鐘測(cè)量往返時(shí)間，這樣很容易創(chuàng)建一個(gè)區(qū)域的3D 圖像，如圖1 所示。

　　相同的時(shí)鐘可以控制檢測(cè)器的開(kāi)關(guān)，因此，只有物體附件范圍的后向散射被觀察到，也就是說(shuō)在能力范圍內(nèi)解決目標(biāo)，只要足夠照明達(dá)到目標(biāo)并返回到傳感器，范圍內(nèi)輸出干預(yù)散射。在目標(biāo)前/后消除散射和混亂是有源電光傳感的一項(xiàng)重要功能(如圖2 所示)。

雖然有源電光傳感傳輸?shù)墓庾硬皇敲赓M(fèi)的為系統(tǒng)增加了復(fù)雜度，但是其優(yōu)點(diǎn)在于只要你愿意投入就可以得到盡可能多的光子。在實(shí)際探測(cè)中沒(méi)有陰影，傳感器到任何一點(diǎn)的有源電光成像都有視線接觸。

　　通常，有源電光傳感技術(shù)利用的光具有窄波長(zhǎng)帶，從粗糙表面的不同部分干涉窄帶散射光在接收端產(chǎn)生的光區(qū)和暗區(qū)稱(chēng)為斑點(diǎn)。斑點(diǎn)是很多有源電光傳感應(yīng)用的噪聲源，但斑點(diǎn)又?jǐn)y帶了很多可以被利用的目標(biāo)信息。表面散射和體散射物體都是有益的。有源電光傳感有著廣泛的體散射應(yīng)用，如感知風(fēng)力、氣溶膠、化學(xué)和氣體生物云。體散射和表面散射也適用于水下。委員會(huì)發(fā)現(xiàn)組成有源電光傳感的所有器件，包括系統(tǒng)架構(gòu)以及與有源電光傳感相關(guān)的現(xiàn)象論成為了重大任務(wù)。

　　外差檢測(cè)又稱(chēng)相干檢測(cè)，利用本地振蕩器輸出激光脈沖的抽樣，拍打返回信號(hào)來(lái)測(cè)量相位和強(qiáng)度。相干檢測(cè)甚至可以測(cè)量與振動(dòng)物體相關(guān)的多普勒頻移，這種技術(shù)也稱(chēng)為激光vibrometry。合成孔徑技術(shù)，如合成孔徑激光雷達(dá)(SAL)和多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)，也采用相干方法，因?yàn)樗麄冃枰东@整個(gè)光瞳平面的抽樣，包括光瞳平面相位和強(qiáng)度。

　　隨著感應(yīng)模式的快速發(fā)展，有源電光傳感的組件，如激光器、探測(cè)器、光學(xué)元件及其加工也日趨完善。委員會(huì)預(yù)計(jì)在未來(lái)十年會(huì)不定期開(kāi)發(fā)新型不可預(yù)知的應(yīng)用領(lǐng)域，它還預(yù)測(cè)受各種需求的驅(qū)動(dòng)，將會(huì)引領(lǐng)全球開(kāi)發(fā)此項(xiàng)技術(shù)。有機(jī)電光傳感是一個(gè)巨大的研發(fā)領(lǐng)域并且在歐洲、亞洲和美國(guó)有廣闊的應(yīng)用范圍。以中國(guó)為例，受?chē)?yán)重空氣污染影響，該國(guó)會(huì)很自然投資開(kāi)發(fā)有源電光傳感設(shè)備來(lái)測(cè)量空氣污染參數(shù)。美國(guó)在開(kāi)發(fā)軍事應(yīng)用領(lǐng)域的有源電光傳感系統(tǒng)是處于世界領(lǐng)先地位的。然而，重要的電光技術(shù)是在全球范圍內(nèi)開(kāi)發(fā)的。例如，大多數(shù)的商業(yè)繪圖和測(cè)量系統(tǒng)都是在美國(guó)以外生產(chǎn)的，所有的DARPA 大型挑戰(zhàn)(2004~2005)無(wú)人駕駛車(chē)輛所用系統(tǒng)都是由德國(guó)SICK 公司生產(chǎn)制造的，因?yàn)樵摴咎峁┑漠a(chǎn)品成本比較低實(shí)用性比較強(qiáng)。具有文獻(xiàn)記載，歐洲已經(jīng)證實(shí)在各種軍事有源電光傳感器方面有很強(qiáng)的能力。許多外貿(mào)型器件激光器和探測(cè)器技術(shù)在商業(yè)和高端有源電光傳感方面比美國(guó)同行更加先進(jìn)。

　　無(wú)論是商業(yè)領(lǐng)域還是軍事領(lǐng)域，復(fù)雜系統(tǒng)都需要時(shí)間和資源來(lái)開(kāi)發(fā)。僅為軍方開(kāi)發(fā)系統(tǒng)需要大量資源。而商業(yè)部門(mén)可以為巨大的商業(yè)利益承擔(dān)開(kāi)發(fā)有源電光傳感的商業(yè)成本。批量制造可以大大降低生產(chǎn)成本。廉價(jià)、大容量系統(tǒng)使有源電光傳感的自動(dòng)化應(yīng)用成為游戲規(guī)則改變者。

　　結(jié)論2-16：有源電光傳感的商業(yè)應(yīng)用將變得更為廣泛，大大提高有源電光傳感的使用率從而大大降低成本。

　　結(jié)論2-17：機(jī)器人，如自主車(chē)輛導(dǎo)航，很可能成為有源電光傳感技術(shù)的重要商業(yè)和軍事應(yīng)用。

　　結(jié)論2-19：大多數(shù)用于軍事和安保應(yīng)用領(lǐng)域的有源電光傳感器都可以分成兩類(lèi)：(1)廉價(jià)商用設(shè)備適應(yīng)軍事應(yīng)用，或(2)為軍事應(yīng)用開(kāi)發(fā)獨(dú)特的有源電光傳感系統(tǒng)。第一類(lèi)適用于非國(guó)家行動(dòng)或資源貧乏國(guó)家，第二類(lèi)僅適用于有大量資源國(guó)家。

　　高性能、專(zhuān)業(yè)化的有源電光傳感設(shè)備和系統(tǒng)需要大量投資開(kāi)發(fā)解決重要的工程難題，還需要持久地部署籌備時(shí)間到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)和維持大型基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)技術(shù)是昂貴和費(fèi)時(shí)的。

　　結(jié)論2-20：高端有源電光傳感器的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目涉及可觀測(cè)活動(dòng)或者這些方案正在執(zhí)行的指標(biāo)。

　　結(jié)論2-21：廣泛的商業(yè)可利用性為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手以有限資源進(jìn)入有源電光傳感技術(shù)市場(chǎng)提供了便利條件。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　推薦2-1：分析師評(píng)估技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，預(yù)測(cè)軍事重要應(yīng)用發(fā)展時(shí)間表。

　　最后一點(diǎn)，美國(guó)對(duì)使用其傳感器規(guī)定了某些特定的標(biāo)準(zhǔn)，例如，美國(guó)將不會(huì)部署使人致盲的傳感器系統(tǒng)，在通常的交戰(zhàn)進(jìn)攻規(guī)則下，美國(guó)也不允許不負(fù)責(zé)任的決策者做出的無(wú)人攻擊決定。如果一個(gè)國(guó)家或非國(guó)家組織對(duì)電光傳感裝備武器系統(tǒng)強(qiáng)加的道德或政策限制很少的話，利用有源電光傳感將會(huì)是一項(xiàng)技術(shù)突破。

　　建議1-1：為避免技術(shù)突襲的可能性，美國(guó)情報(bào)界會(huì)考慮有源電光傳感技術(shù)的所有應(yīng)用，包括美國(guó)道德和政策不允許的情況。

總結(jié)思考和總體結(jié)論及建議

　　在激光照排、寬帶敏感探測(cè)器、快速數(shù)據(jù)處理方面取得的最新進(jìn)展相結(jié)合使有源電光傳感檢測(cè)在測(cè)繪、定位、自控機(jī)器人、環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)和情報(bào)搜集領(lǐng)域取得革命性的進(jìn)步。該委員會(huì)的任務(wù)是將這些領(lǐng)域的有源電光傳感集中在可以為美國(guó)國(guó)家安全創(chuàng)造出技術(shù)奇跡上，委員會(huì)得出了一下總體結(jié)論和建議：

　　總體結(jié)論：有源電光傳感技術(shù)是一項(xiàng)新興技術(shù)，設(shè)計(jì)領(lǐng)域廣泛，包括情報(bào)、軍事、科學(xué)和商業(yè)領(lǐng)域。它有可能改變這些領(lǐng)域的平衡，因此也提高了其他國(guó)家研究開(kāi)發(fā)有源電光傳感技術(shù)的興趣，美國(guó)暫時(shí)處于領(lǐng)先地位，但是在某種情況下美國(guó)也不是領(lǐng)導(dǎo)者。

　　總體建議：美國(guó)情報(bào)屆應(yīng)該積極跟蹤全球使用開(kāi)發(fā)有源電光傳感技術(shù)情況，美國(guó)也應(yīng)該積極開(kāi)發(fā)有源電光傳感技術(shù)。