（1）基于激光雷达的移动机器人位姿估计方法综述
位姿估计方法是移动机器人研究的一个核心问题，精确地位姿估计对于机器人的定位、自动地图生成、路径规划等具有重要意义。传统的位姿估计方法在不同程度上都有位移误差较大、成本较高的缺点。而激光雷达刚好解决了这个问题。目前常用的激光雷达为2维脉冲式激光雷达，这种方法有两个重要的步骤：距离数据的表示和距离数据的对应。
数据的表示。利用一对脉冲近红外发射器和接收器，通过测量发射到接受的时间差，即可计算出目标的距离，从而得到关于环境的水平剖面图。对于静态环境的表示方法目前比较好的方法是Gonzalez提出的混合式表达方法，这种方法综合了基于特征的表示方法和占据网格的表示方法而提出的一种同时具有两者各自优点的方法。
距离数据的对应。目前已有的对应方法有特征—特征、点—特征和点—点等。以下主要介绍三类。特征—特征对应方法首先从参考扫描和当前扫描中分别抽取出一组特征，然后是用特征的属性和特征间相对关系对两组特征进行匹配，得到一组特征对，最后使用迭代的方法求解机器人的位姿，使特征对之间的误差最小。点—特征与特征—特征方法的不同主要在于它直接使用当前的原始数据与参考扫描的特征进行匹配，匹配的依据是点到线段的距离。由于这种方法在匹配中直接使用了原始的距离数据，避免了中间的特征抽取过程，因此这种方法的精度略高于特征—特征方法。点对点的方法是利用一个合适的规则直接匹配2个扫描中的数据，从而得到相对位姿的关系，目前这个常用的规则是最近点规则。
（2）激光雷达技术在城市三维建筑模型中的应用
“数字城市”是数字地球技术系统的重要组成部分，而表达城市主要物体的三维模型包括三维地形，三维建筑模型、三维管线模型。这些三维建筑模型是数字城市重要的基础信息之一。
而激光雷达技术可以快速完成三维空间数据采集，它的优点使它有很广阔的应用前景。机载雷达系统的组成包括：激光扫描器、高精度惯性导航仪、应用查分技术的全球定位系统、高分辨率数码相机。通过这四种技术的集成可以快速的完成地面三维空间地理信息的采集，经过处理便可得到具有坐标信息的影像数据。
利用激光进行三维建筑建模的技术。首先，进行数据预处理。就是结合IMUU记录的姿势参数、机载GPS数据、地面基站GPS观察数据、GPS偏心分量、扫描仪和数码相机各自的偏心分量，进行GPS/IMU联合解算，得到扫描仪及相机曝光坐标下的轨迹文件，进而得到外方为元素。其次，使用LIDAR数据商业处理软件将地面数据与非地面数据分离，生成DEM，在利用纯地表数据对影像外方位元素通过寻找同名像点的方式进行校正快速生成DOM。DEM 和DOM叠加在一起就形成了三维地形模型。最后，为了表达真实的城市面貌对三维建筑模型进行纹理贴图。纹理粘贴的方法常见的有手动粘贴和纹理映射两种。常用的纹理获取方法也有两种，第一种方法是对建筑顶部纹理采用航空影像，侧面纹理信息为手持相机实地拍摄。第二种方法为倾斜航空摄影。得到纹理后利用专业软件进行纹理面的选择、匀光处理等将反应建筑现状的影像信息映射在对应的模型上就达到了反映城市现状的目的。
（3）激光雷达技术的发展及其在大气环境监测中的应用
激光雷达由于探测波长短、波束定向性强，能量密度高，因此具有高空间分辨率、高的
探测灵敏度、能分辨被探测物种和不存在探测盲区等优点，已经成为目前对大气进行高精度遥感探测的有效手段。利用激光雷达可以探测气溶胶、云粒子的分布、大气成分和风场的垂直廓线，对主要污染源可以进行有效监控。
对大气污染物分布的观测。当激光雷达发出的激光与这些漂浮粒子发生作用时会发生散射，而且入射光波长与漂浮粒子的尺度为同一数量级，散射系数与波长的一次方成反比，米氏散射激光雷达依据这一性质可完成气溶胶浓度、空间分布及能见度的测定。
差分激光雷达主要用于大气成分的测定。差分激光雷达的测试原理是使用激光雷达发出两种不等的光，其中一个波长调到待测物体的吸收线，而另一波长调到线上吸收系数较小的边翼，然后以高重复频率将这两种波长的光交替发射到大气中，此时激光雷达所测到的这两种波长光信号衰减差是待测对象的吸收所致，通过分析便可得到待测对象的浓度分布。
在大气中间层金属蒸气层的观测主要采用荧光共振散射激光雷达。其原理是利用Na、K、Li、Ca等金属原子做为示踪物开展大气动力学研究。由于中间层顶大气分子密度较低，瑞利散射信号十分微弱，而该区域内的钠金属原子层由于其共振荧光截面比瑞利散射截面高几个数量级，因此，利用钠荧光雷达研究钠层分布，进而研究重力波等有关性质更展示其独有的特性。
（4）激光雷达在空间交会对接中的应用
交会对接范围为100km—1m，在实际的空间对接中，当距离大于100km时，航天员可以通过机载微博交会雷达和潜望镜获得两个航天器之间的相对位置。随着两航天器的逼近，当相对距离小于1 0 0 m时，由于硬件的限制，微波雷达不能为最后逼近提供足够精度的测量信息。由于激光本身的波束窄、相干性好、工作频率高等优点，激光雷达能在交会阶段直到对接的整个过程中提供高精度的相对距离、速度、角度和角速度的精确测量，因此它既能用于目前的自动寻的、接近和最后的手动逼近操作过程，又能为未来无人交会对接任务提供自主导航的扩展功能。
激光雷达一般由下列部分组成：激光源、发射与接收光路、信号处理、扫描跟踪机构、目标反射器和检测器等。扫描跟踪机构可完成大角度的光束偏转。这种机构大都由两自由度框架组成，框架上固定了反射镜，使光束偏转。由于偏转对象是光束，所以机构可作得十分精巧、细致。目标反射器安装在目标飞行器上，一般用角反射器 ( 三个相互垂直的反射镜组成 )，从而使目标反射器将雷达天线射出的光束按原方向反射回去。此时目标的位置和姿态信息由激光雷达光学接收天线接收，然后进行检测和数据处理。
激光雷达的测距、测度、和测角原理与微波雷达基本相同。因此用于空间交会对接的激光雷达包含连续波测距器和位置敏感器两个部分。这两个部分通过公用光学装置混合起来。激光雷达比较可靠和精确的测速方法是测量回波信号的多普勒频移。激光雷达对目标的角跟踪可采用圆锥扫描法和单脉冲法。现在，激光雷达也能用于最后的手动逼近和对接阶段，此时主要用来测量相对姿态。激光测距技术比较成熟，但是激光测量姿态角是一项技术难点。
（5）激光雷达在油气直接勘察中的应用前景
利用遥感直接探测油气上方的烃类气体的异常是一种直接而快捷的油气勘探方法。激光雷达是激光技术和雷达技术相结合的产物，将其应用于油类勘测已经成为可能。激光器的工作波长范围广，单色性好，而且激光是定向辐射，具有准直性，测量灵敏度高等优点，使其在遥感方面远优于其他传感器。
激光雷达由发射系统和接收系统两大部分组成。发射系统主要包括激光器和发射望远镜；接受系统主要由接收望远镜、光电倍增管和显示器三部分组成。激光雷达技术是根据激光光束在大气中传输时，大气中尘埃微粒和各种气体分子对激光产生弥散射，瑞利散射、拉
曼散射和共振荧光以及共振吸收等现象，然后利用激光雷达接收系统收集和记录上述现象过程中所产生的背向散射光谱，以达到探测大气成份和浓度的目的。
烃类气体是油气田油气微渗漏的主要指示性气体，而近地表的烃类气体从成分上看，主要是由早期的成岩作用、细菌作用和地下热作用等共同作用的结果。共振吸收激光雷选在探测气体分子含量时一般都采用各种可调谐激光器激光雷达探测气体的探测灵敏度，是指激光雷达所能接收到的激光功率细微变化的能力。探测的距离和被测气体分子的吸收截面是影响探铡灵敏度的主要因素。据研究资料介绍，吸收截面越大灵敏度越高；而探测距离越大，灵敏度越高。而路径与灵敏度之间的关系是路径越长，气体分子对激光光束的吸收衰减也越强烈，从而使探测灵敏度大大提高。但是，由于存在着激光光斑的发散和因大气湍流引起的激光传输方向改变的抖动效应，将使激光的有效利用率减小，即信噪比下降，从而影响污染气体分子含量的探测精度。因此探测距离以数公里为宜。
（6）使用超高频雷达和离散回波激光雷达估算温带阔叶林和混交林的生物量本研究的目的是要确定使用哪种方法能更好的估计温带阔叶林的生物量估计，一种方法是单独使用高频雷达数据来确定，另一种是同时使用高频雷达与小尺寸离散回波激光雷达来估计生物量。激光雷达的分布描述数据和平均归一化雷达截面在每个观测点被用来作为独立变量处理。
研究的区域是在弗吉尼亚州阿波马托克斯 - 白金汉国家森林。首先收集指定区域中的数据。 BioSAR数据是用一艘双引擎飞机收集的，飞机上的雷达发出高频率的波，通过收集反射回来的信号来确定探测物体的信息。可供分析的激光雷达数据是使用便携式机载激光系统在符合BioSAR数据分析要求的13条飞行线路上收集的。激光雷达扫描数据收集时使用的是机载激光雷达测量仪3100系列的传感器，要拍摄的数据包括四个测量值。裸露的地面传回的数据是基于一个专有的算法提供的。普通地面数据的获取是采用空间分辨率为1米的普通克里格插值方法。最后采用以模型为基础的度量计算战略，这种方法适应于直接用地面观察到的生物量与模型比较来估算生物量。最后创建一个最佳子集的线性回归方程作为遥感变量的函数。
结果表明，同时使用高频雷达与小尺寸离散回波激光雷达来估计生物量在估算硬木林和混交林的生物量时使非常有效的。在很多林业研究中，激光雷达，无论是扫描或分析，其对生物量的估计比其他传感器更加准确，而且激光雷达已被证明是准确估计树冠高度，甚至老年，单特异性森林与顶部优势生长形式的有效工具。在林业研究中，甚高频散射机制主要应用于简单的森林结构，如轻轻倾斜针叶林，而较长波长激光雷达具有良好的穿透枝叶特性，这又增加了数据的准确性。
（7）利用激光雷达进行气象研究
激光雷达是一种非常重要的气象仪器，它是基于电磁能量会从目标反射回来的检测原理。像雷达一样，有关目标的性质、距离、角度等数据都可以通过光的散射给我们提供出来。其比雷达更为优秀的是它不仅可以在微波区域进行操作，而且可以在可见光、红外光或更短的区域进行操作。激光雷达是雷达在光学电磁频谱上的一个延拓。由激光发射机生成一个短脉冲的能量再针对一个目标发射出去。目标辐射出的散射波由接收光学系统收集并且集中到一个敏感的探测器上，它将入射光的能量转换成一个电信号，经过放大信号处理后再进行使用。
在斯坦福研究所开发的第一个比较原始的仪器设计清楚地表明了激光雷达的应用，如通过雨水或底层的云的结构探测云和雾层的位置，上升限度的高度。激光雷达回波可以清楚的从低海拔地区观察到一个清晰的连续气溶胶层，而这对于肉
眼来说是不可见。
SRI Mark III的激光雷达，对稀薄的卷云的检测展示了一个更高的水平。它表明一个很高的峰值功率可以穿透云层，同时形成反射。利用这种现象在不同海波高度观察时就可以证明几个不同层的卷云的存在。
虽然用激光雷达性能优越，除了优化设计系统中的参数之外，许多技术被利用来改善的激光雷达系统的性能。例如激光器的冷却就是所有激光器必须解决的问题。激光雷达脉冲重复频率较低或泵浦阈值较低时可以采用空气制冷，而以更大的激光脉冲能量时必须采用制冷系统来冷却激光器。
（8）利用机载激光雷达描绘气溶胶浓度的二维轮廓
三维激光雷达系统的改进版本已经发展的可以安装在飞行器上并且具有实时的数据分析能力。该系统可以通过光波的反射来描绘在飞机上方和下方的气溶胶的二维轮廓。激光雷达就是这个系统非常重要的一部分，用来描述气溶胶的光学特性和时空变化性。
这个激光雷达系统被配置在国家气象中心的飞行器上，能够发出585纳米的光，最大谱线宽度是0.4纳米，每个谱线的能量严格相等。激光雷达上的闪光灯和电容火花驱动系统每隔0.5微秒产生一个激光脉冲，为了稳定器件，所有的激光器腔体组件都被安装在一个圆形筒内。激光器产生的激光通过一个光束引导器件输出，光束引导器中有一个光束扩展器，用来改善输出光束的准直使光束与接受器件同轴发射。安装在飞机外部的反射镜系统引导着出射光和接受光要么向上要么向下，这样就能描绘出飞机上下两侧的气溶胶浓度的二维轮廓图。目前在激光雷达系统上配置的接收器是一个直径20厘米、1/4焦距的卡塞格林望远镜。接收光学系统的检测器是一个EMI9658光电倍增管。
这个系统如果在夜间进行地面操作的话，可以观察到23公里高度的数据。计算结果还表明，在与窄带带通滤波器和小接受角的接收器联合使用，我们的激光雷达装置在白天操作效果也和夜晚同样好。同样用于探测飞机上下方向的气溶胶浓度的二维轮廓，与闪光灯泵浦燃料激光器相比这个机载激光雷达系统极大地减轻了系统的重量并且降低了它的功耗。
（9）通过激光雷达平流层臭氧层的监测
激光的特性，比如它的强脉冲能量，低发散度和高频谱纯度，使这种光源非常适合远程遥感。用于测定气体中微量成分的是差分式激光雷达，它先发射两束激光，再利用气体对着两束激光的吸收系数不同的原理来完成测量。对于几千米高空的空气微量成分的数据也常使用差分式激光雷达，它的测量范围完全可以得到蒸汽层和臭氧层的垂直剖面。文章主要介绍了搭建一个监视50千米高空臭氧层的系统，这个系统的搭建对于建立模型来预测由于人为释放氟氯甲烷而造成的臭氧损耗是具有特殊意义的。
这个系统采用单脉冲能量为150mJ、频率为100HZ的商业激光器作为发射器，发射的波长为308纳米。激光雷达的参考波长是通过刺激高压气体电池发生拉曼散射产生的。由此产生的两个拉曼位移波长都不容易被臭氧层吸收。通过拉曼方案即简化了设备和调整程序、确保了较高的脉冲能量又允许两个波长的光可以同时发射到同一视场。为了避免光电倍增管由于低海拔信号的反射而达到饱和，要确保接收器和发射器至少相隔1米。由于视场的完全重叠发生在20千米以上的高空，为了能在低海拔区域也能监视，因而安装了单基站。最后将整套设备安装
在一个小容器里用飞机运到山顶，这样就避免了激光信号会被气溶胶层所衰减。为了检测臭氧层轮廓的长期变化趋势，并且克服对臭氧层的自然变化，长时间的精确的调查是必需的。激光雷达技术非常适合于这个目的。检测40千米高空臭氧层的减少量极大地证实了当前这个激光雷达系统模型的有效性。
（10）拉曼激光雷达- 拉曼散射方法远程检测大气污染物的分析方法本文综述了激光雷达方法的最新进展，根据拉曼散射，提供单端和范围分辨手段进行远程检测各种分子种类的污染以及普通的空气的污染，这种方法简称拉曼激光雷达方法。并在此简要说明给出的拉曼激光雷达的工作原理，包括基本概念和本方案的基本特点，以及自身的优缺点的讨论。讨论存在于大气中的分子种类的微分散射截面和拉曼散射的光谱分布并根据实际情况得出大气分子密度的评估和抗干扰的检测方法。在展示了拉曼激光雷达计划的实验方法并且展现了实现现场监测和在各种条件下分析空气中的化学物质的可行性之后，才能从观察到的拉曼激光雷达光谱进行分子浓度的估计。
拉曼激光雷达利用拉曼反射信号可以允许在普通的空气氛围下同时检测多种空气分子污染物，这也解决了适时检测空气中各种污染物分子浓度的问题。结合系统参数的实际值、最小检测浓度和范围探测已经估计表明，一个精心设计的系统具有足够的灵敏度来监视中等水平浓度的污染物，如在几百米范围内的几个ppm。当一个可调光源发出相干光束并发送到大气中，可以先通过一个带窄带干扰滤波器的拉曼位移部件来固定发射频率。可调光源的激光器可以使用染料激光或变参量振荡器。这种配置还允许我们操作基于共振拉曼光谱和荧光散射的激光雷达来遥感特定分子并且具有更高的灵敏度。
（11）利用合成孔径雷达图像测定海浪高度
本文提出了通过处理线性调频脉冲的频谱带宽不同部分的相同位置的信号数据来获得雷达图像的互相干性的计算方法并把它作为这些部分与中心频率间距的函数。证明了特性函数的结果的平方与光瞳函数成线性关系，这个光瞳函数描述的是在处理中使用的线性调频脉冲的频谱带宽。把这个函数应用在阿拉斯加，北大西洋，以及蒙特利湾，加利福尼亚州等地的海浪高度测量，并把得到的结果与地面实测数据波浪高度相比较，结果表明合成孔径激光雷达可用于提供海浪高度，除此之外还可以提供海洋波浪图像信息。合成孔径雷达成像的仪器，其成像的特点是由激光雷达系统的线性调频脉冲和多普勒带宽来确定。因此，对图像上的任意一点的贡献是来自探测区域的散射光，而这些散射光是来自雷达分辨单元确定的探测区域。
通过减小仪器利用的多普勒效应或线性调频的带宽，由海洋表面造成的强度分布在给定的图像中的某一点的值可以扩大到任何所需的大小。雷达波传播到指定影像所必需的传播路径的总长度对于水波的波峰和波谷来说是不同的，并且由于波浪的这两个区域的贡献所得到的相位差是随发射波的频率和角度的变化而变化的。由于这个发射波的频率和角度是多种多样的，并且波浪的两个区域都对指定像点波浪的强度有贡献，所以它接收的来自像点波浪的强度与波浪的波峰和波谷的高度差值是有关系的，而且这个差值所产生的影响又由激光雷达进一步增强。通过测量由这种波动产生影响的有效速率，我们可以推断出海浪的高度。
（12）通过拉曼激光雷达探测堆栈羽中的二氧化碳浓度
拉曼激光雷达为堆栈羽流大气污染物的遥感提供了一个很好的方法。分析表明，钕的二次谐波的组合包括YAG激光器、同步单光电子计数器、用于单色光源的信号处理器和拉曼散射光分离窄带频干扰滤波器为堆栈废气监测提供了最敏感的系统。使用在该分析基础上构造的拉曼激光雷达，可以在228米的距离外测定从电厂150米高的堆栈烟囱排放的二氧化硫浓度。尽管在小散射截面上有固有的困难，但是它在没有三重或瑞利散射成分上所包含的独特的信息和用任意波长的单光源对多个分子成分同时远程测量使激光拉曼雷达作为对大气分子组成遥感的工具正在被广泛地研究。拉曼激光雷达在羽栈大气污染物的遥感方面提供了一个非常好的方法。两位作者已经展示了该方法的可行性，他们通过Q-开关红宝石激光和氮脉冲激光检测了通过油柱的各种成分，如二氧化硫、一氧化碳等。为了开发一个实用的拉曼激光雷达系统，他们从各种观点如光源、检测系统和光学制造等方面做了具体的分析。分析表明，一个使用Q开关YAG激光器，再加上一个分离拉曼散射光的干涉滤光器对本领域的现状来说是最合适的系统。Q开关YAG激光器在测量背景噪声同时又能同步进行单个光电子的计数检测。
使用这种雷达系统，可以在100米的距离外检测气室中的二氧化硫浓度。起初，雷达无法分辨羽栈中的二氧化硫和二氧化碳，这是因为二氧化硫的拉曼位移非常接近二氧化碳的拉曼位移。用来选择拉曼散射光的滤波器的带宽对于分辨羽栈中的二氧化硫和二氧化碳的来说还是不够窄，而且栈中的二氧化硫的浓度比二氧化碳的浓度低100倍。最近，作者得到一个窄带滤波器，它能够有效地抵制由二氧化碳引起的拉曼散射，这样一来就能很容易的组建这个雷达系统。
（13）癌前支气管组织的光学雷达探测
以前测量支气管病变组织的激光诱导荧光是利用电磁散射模型。得到的电磁参数表明，组织的厚度和其是否发生癌变有关，而这个变化可以使用光学雷达来检测，这就为早期发现癌症提供了一个方法。使用电磁模型进一步仿真表明测量厚度有很多方法，包括频率调制连续波光学雷达，束连续波雷达和低相干干涉雷达。合适的光学组件的可用性是一个重要的考虑因素。一些早期的干涉结果表明，至少40 微米和一个信号高达45分贝的噪音分辨率可以很容易对组织成像。
随着激光技术的进步为疑似病变组织创建一个图像来发现癌症提供了越来越多的机会。而且微波和毫米波雷达技术已经达到成熟的状态。在身体的不同部位对光学雷达具有不同的要求，在这里我们感兴趣的是采用适当的光学雷达内镜网络在癌症早期发现它。光学雷达内窥镜可以在假定下检查，先把内窥镜压入指定区域，以确保一个平面的扫描过程。激光雷达的分辨率要达到30微米，以检测异常肿胀的区域。但是要对早期癌症进行检测，有必要把雷达的分辨率提高到至少5微米。对支气管组织的激光诱导荧光测量的一份报告表明，癌症的早期迹象是由于上皮细胞从50微米至120微米的显著增加。可以采用一个30微米分辨率的光学雷达来发现早期癌症引起的的组织厚度的变化。利用宏观电磁模型来得到的测量结果与本文介绍的方法得到的结果相比，表明，大约15％的入射光平面波由支气管黏膜上皮和界面反射，利用这些反射光足以检测到早期癌症引发的上皮组织厚度的变化。
（14）用以飞机数据为基础的激光雷达气流强度测量方法和风速仪气流强度测量方法做比较并以此作为与台风有关的气流强度测量案例
香港天文台通过风切变及湍流警报系统为香港国际机场提供低级别的湍流
预警服务。在风切变及气流警报系统中，沿机场的飞行路径的气流强度是由风速数据和气流数据建立的相关方程得到的，风速数据和气流数据在机场启用前之间由研究飞机测量得到。该研究飞机的数据只能在测量当天使用。遥感气象仪器，如多普勒光探测仪器和测距雷达，可以用来提供直接测量沿跑道走廊的气流强度。本文研究就是研究以激光雷达为基础的气流强度数据测量系统的性能。结果表明，在得到的相对工作特征的命中率和误报率之间的曲线的结果下，以激光雷达为基础对中等或及其以上程度气流强度测量的性能比以风速计为基础的风切变及气流警报系统的性能更好。以激光雷达为基础的测量的性能比风切变及气流警报系统稍微好一点，主要是基于激光雷达的测量所贡献的结果。因此，在无雨的天气条件下以激光雷达为基础的气流强度的测量系统可以被用来代替风切变及气流警报系统。而且为了适应雨天测量对以激光雷达为基础的气流强度测量系统的进一步改进也是必要的。在香港国际机场有两种激光雷达系统。他们使用的激光束的波长为2微米，径向分辨率为100米，最大可测量范围为10公里。激光雷达定期进行扫描。扫描方法是传统的锥形扫描和垂直扫描法，用来监测在机场的区域的风力流动条件。本文中专门开发的扫描方法，称为滑行路径扫描，也用于探测风切变。在这项扫描方法的研究中，利用滑行路径扫描法所获得的风的数据可以计算气流强度。
（15）利用激光雷达测量云边界高度
仅使用激光或雷达准确估计云边界高度往往是不可能的。激光和雷达的组合，可以在更广泛的范围内给出一个可靠的云边界高度的估计。然而，标准方法下的这个组合不是在所有的情况下都能测量云的边界高度。雨是一个问题：雷达在测量云的边界时雨滴会影响雷达的探测。而且，多层次的运河云之间存在的镜面反射问题也会给激光雷达的探测造成很大的困难。于是，更先进的技术被提了出来，来解决这个问题。角度扫描激光雷达就可以解决这个问题，例如，检测镜面反射时，可以同时使用来自雷达的多普勒速度谱信息可能有助于在雨天探测云层高度。
荷兰曾对云的高度进行过精确的测量，当时使用的激光雷达的系统包括激光雷达，雷达，红外辐射计，微波辐射计和无线电探空仪。本文主要工作是提高激光雷达系统对云边界高度的探测性能，并提出了新的测量技术的发展方向。由于雨滴的在垂直方向有较高的后向散射作用,故倾斜激光雷达将增强云和雨滴之间的对比度。在这种情况下，激光雷达还可以在角度上自动进行扫描。当一个激光雷达接收来自云最上方的区域的分子（瑞利）散射后，可以用来估计激光雷达发射的光波是否被完全衰减。因此可以利用发射光波的衰减程度来计算云层厚度。在下雨天使用雷达的多普勒速度谱的信息可以测量云的几何图样。结果还表明如果结合使用雷达和多普勒激光雷达测量云边界的大气条件，会大大提高测量的准确性和精确度。
光电雷达技术 课程论文 题目激光雷达技术的应用现状及应用前景
专业光学工程 姓名白学武 学号2220140227 学院光电学院 2015年2月28日 摘要：激光雷达无论在军用领域还是民用领域日益得到广泛的应用。介绍了激光雷达的工作原理、工作特点及分类，介绍了它们的研究进展和发展现状，以及应用现状和发展前景。 引言 激光雷达是工作在光频波段的雷达。与微波雷达的T作原理相似，它利用光频波段的电磁波先向目标发射探测信号，然后将其接收到的同波信号与发射信号相比较，从而获得目标的位置(距离、方位和高度)、运动状态(速度、姿态)等信息，实现对飞机、导弹等目标的探测、跟踪和识别。 激光雷达可以按照不同的方法分类。如按照发射波形和数据处理方式，可分为脉冲激光雷达、连续波激光雷达、脉冲压缩激光雷达、动目标显示激光雷达、脉冲多普勒激光雷达和成像激光雷达等：根据安装平台划分，可分为地面激光雷达、机载激光雷达、舰载激光雷达和航天激光雷达；根据完成任务的不同，可分为火控激光雷达、靶场测量激光雷达、导弹制导激光雷达、障碍物回避激光雷达以及飞机着舰引导激光雷达等。 在具体应用时，激光雷达既可单独使用，也能够同微波雷达，可见光电视、
红外电视或微光电视等成像设备组合使用，使得系统既能搜索到远距离目标，又能实现对目标的精密跟踪，是目前较为先进的战术应用方式。 一、激光雷达技术发展状况 1.1关键技术分析 1.1.1空间扫描技术 激光雷达的空间扫描方法可分为非扫描体制和扫描体制，其中扫描体制可以选择机械扫描、电学扫描和二元光学扫描等方式。非扫描成像体制采用多元探测器，作用距离较远，探测体制上同扫描成像的单元探测有所不同，能够减小设备的体积、重量，但在我国多元传感器，尤其是面阵探测器很难获得，因此国内激光雷达多采用扫描工作体制。 机械扫描能够进行大视场扫描，也可以达到很高的扫描速率，不同的机械结构能够获得不同的扫描图样，是目前应用较多的一种扫描方式。声光扫描器采用声光晶体对入射光的偏转实现扫描，扫描速度可以很高，扫描偏转精度能达到微弧度量级。但声光扫描器的扫描角度很小，光束质量较差，耗电量大，声光晶体必须采用冷却处理，实际工程应用中将增加设备量。 二元光学是光学技术中的一个新兴的重要分支，它是建立在衍射理论、计算机辅助设计和细微加工技术基础上的光学领域的前沿学科之一。利用二元光学可制造出微透镜阵列灵巧扫描器。一般这种扫描器由一对间距只有几微米的微透镜阵列组成，一组为正透镜，另一组为负透镜，准直光经过正透镜后开始聚焦，然后通过负透镜后变为准直光。当正负透镜阵列横向相对运动时，准直光方向就会发生偏转。这种透镜阵列只需要很小的相对移动输出光束就会产生很大的偏转，透镜阵列越小，达到相同的偏转所需的相对移动就越小。因此，这种扫描器的扫
激光雷达具备独特的优点，如极高的距离分辨率和角分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强、比微波雷达的体积和重量小等。这使得激光雷达能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。 自1961年科学家提出激光雷达的设想，历经 40余年，激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，进而研发出不同用途的激光雷达，如精密跟踪激光雷达、侦测激光雷达、侦毒激光雷达、靶场测量激光雷达、火控激光雷达、导弹制导激光雷达、气象激光雷达、水下激光雷达、导航激光雷达等。激光雷达已成为一类具有多种功能的系统。目前，激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学和生物战剂探测和水下目标探测等军事领域方面已进入实用阶段，其它军事应用研究亦日趋成熟。它在工业和自然科学领域的作用也日益显现出来。 一、军事领域应用 侦察用成像激光雷达 激光雷达分辨率高，可以采集三维数据，如方位角-俯仰角-距离、距离-速度-强度，并将数据以图像的形式显示，获得辐射几何分布图像、距离选通图像、速度图像等，有潜力成为重要的侦察手段。 美国雷锡昂公司研制的ILR100激光雷达，安装在高性能飞机和无人机上，在待侦察地区的上空以120～460m的高度飞行，用GaAs激光进行行扫描。获得的影像可实时显示在飞机上的阴极射线管显示器上，或通过数据链路发送至地面站。1992年，美国海军执行了“辐射亡命徒”先期技术演示计划，演示用激光雷达远距离非合作识别空中和地面目标。该演示计划使用的CO2激光雷达在P-3C 试验机上进行了飞行试验，可以利用目标表面的变化、距离剖面、高分辨率红外成像和三维激光雷达成像，识别目标。同时，针对美国海军陆战队的战备需求，桑迪亚国家实验室和Burns公司分别提出了手持激光雷达的设计方案。这种设备能由一名海军陆战队队员携带，重量在2.3～3.2kg之间，可以安装在三脚架上；
激光雷达的发展历程及车用激光雷达的产业格局和发展趋势
目录索引 研究逻辑 (4) 激光雷达：高精度的传感器，与ADAS及无人驾驶形成良好搭配 (5) 激光雷达的原理与结构：基于TOF飞行时间的高精度测量 (5) 激光雷达的发展历程：从机械走向固态，从单线束走向多线束 (6) 激光雷达与ADAS及无人驾驶形成良好搭配 (7) 车用激光雷达的产业格局和发展趋势 (8) 国外企业破风而行，不断寻求技术突破 (8) 国内企业加速追赶，目标产品逐步成型 (12) 低成本化时代来临，路径选择求同存异 (14) 投资建议 (15) 风险提示 (15)
图表索引 图1：激光雷达工作原理图 (5) 图2：激光雷达系统结构图 (5) 图3：机械激光雷达 (6) 图4：固态激光雷达 (6) 图5：单线激光雷达与多线激光雷达对比 (7) 图6：2.5D激光雷达 (7) 图7：3D激光雷达 (7) 图8：主要类型的ADAS传感器 (7) 图9：不同类型的ADAS传感器性能对比 (8) 图10：Velodyne激光雷达产品及主要参数 (9) 图11：HDL-64E正面构造 (9) 图12：HDL-64E背面构造 (9) 图13：Ultra Puck产品计划 (10) 图14：Ultra Puck内部结构 (10) 图15：Quanergy公司的The Mark VIII激光雷达 (10) 图16：The Mark VIII激光雷达的主要参数 (10) 图17：Quanergy公司的S3固态激光雷达 (11) 图18：S3固态激光雷达主要参数 (11) 图19：IBEO车用激光雷达产品 (11) 图20：LUX-4L激光路径 (11) 图21：LUX-8L激光路径 (11) 图22：镭神智能激光雷达产品 (12) 图23：思岚科技激光雷达产品 (13) 图24：华达科捷3D激光雷达 (13) 图25：激光雷达低成本化的主要路径 (14)
浅谈激光雷达技术在林业上的应用 摘要：近年来激光雷达在很多领悟非常受欢迎，更值得一提的是这种技术非常 受森林工作者的欢迎，在森林参数测量方面发挥着非常重要的作用。激光雷达的 成像机理和一般的光学遥感大不相同，它对森林地形以及森林植被分布形式的勘 测能力极强。在对森林高度进行探测时这种优势呗发挥的淋漓尽致，更重要的是 激光雷达具有的这种优势是很多遥感设备无法比拟的。 关键字：林业应用；激光雷达技术；遥感技术 引言 自然界的所有结构中没有比森林更大，更复杂的结构了，森林拥有着自然界 中的很多资源，这些自然资源包括碳水化合物和森林植被所需的所有营养。不管 人类发展到什么程度森林结构都不可能会被其他结构所替代，因为只有森林结构 完整，才能够保证自然界的生态平衡。在通常情况下，要想更好的保证生态平衡，就必须要对森林的很多参数就行测量和分析，但是运用普通的参数测量方法只能 够获得一些简单的数据，这些数据在对大片森林的研究上并不能发挥太大作用。 因此，要想获得大片森林的区域数据，就必须运用远程传感器来实现。另外，激 光技术可以说是一种新的探测技术，它的能力非常强。激光技术不仅可以帮助科 研人员获得所需研究物体或者结构的高度信息，而且可以给出精准的数据信息。 正因如此，在军事研究领悟激光技术也不可或缺。 一、激光雷达技术的测量工具和系统介绍 在数据研究领领域有一种最基本的测量工具，这种测量工具就是激光测距仪。这种仪器在使用时必须要使用激光，而且它的工作频率比家中微波炉的工作频率 高出很多倍。 平常的雷达系统，它的高度都不会超过70英尺，另外，对每一个雷达系统而言，它们都具有一个激光系统，并且这个激光系统是连续的。激光在使用的过程中，它的细节其实是时间决定的，每一刻都代表一个不同的时间。在森林参数测 量过程中运用激光技术可以不仅可以得到树木花草的结构，而且激光还可以凭借 其信号远远大于木材信号的优势来得到整个森林的结构，这也给森林研究人员在 森林结构研究方面带来了极大的便利。 一个大的激光雷达系统是由很多小的激光探测系统组成的，而每一个激光探 测系统就是一个小的激光雷达系统。另外，激光的大小并不是固定不变得，它会 随着飞行高度的变化而不断变化，但是一般情况下激光的大小最大不会超过0.9m。有的时候激光之所以能感觉到树叶，是因为最小的激光非常小，也正因为这个特点，激光雷达系统必须要增加方向上的频率。 二、激光雷达技术在林业上的应用 林业研究领域的很多数据都是靠激光测量出来的，这些数据小到森林中一棵 树的枝干结构信息，大到一个森林的整体结构信息。由此可见激光技术对林业研 究的重要性。另外，雷达激光系统不仅受到国内多数研究领域的欢迎，而且雷达 激光系统在国外也广受商业企业的欢迎。 虽然雷达可以再特定的时间内记录信息，但是对于信号边界的信息可能没有 办法完整记录。要想解决这个问题就必须要运用技术来穿越激光的边界，虽然在 穿越激光边界的过程中会遇到各种各样的问题，但是通过这种方法却可以有效的 获得信号边界信息。
光电传感技术与应用 课程作业 学院 专业 姓名 学号
课程论文题目激光雷达技术 评审意见 演示文稿张数14 评审意见
激光雷达 林无穷 江南大学理学院光电信息科学与工程系江苏无锡 214122 摘要：本文介绍了激光雷达技术的原理、发展与历程，还有它在当今时代的多方面应用。我们把工作在红外和可见光波段的，以激光为工作光束的雷达称为激光雷达，它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成。它在地形检测，导航，测距，追踪以及军事方面有着显著作用。 关键词：激光，雷达，环境检测 引言 激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。 激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。 原理 激光雷达探测大气的基本原理即是上述几种激光与大气相互作用的机制。激光器产生的激光束经光束准直（有的情况下需要扩束）后发射到大气中，激光在大气中传输遇到空气分子、气溶胶等成分便会发生散射、吸收等作用。散射中的小部分能量——后向散射光落入接收望远镜视场被接收。被接收到的后向散射光传输到光电探测器（通常为PMT）被转换成电信号（一般为电流信号），实现光-
除了通道排查树障以外，雷达在通道中还有哪些创新点，对运维有哪些帮助？ 应用机载激光雷达技术进行输电线路巡检的优势如下： 1、能够快速获取线路走廊高精度的三维空间信息及高分辨率的真彩色影像信息，可实现线路交叉跨越高度、树高房高、线路与周边地物空间距离的高精度实时测量等； 8、结合电塔三维模型、线路走廊三维地形地物数据以及收集的线路属性参数，还可以辅助实现线路资产管理，与智能电网方案结合，效果更好。 9、可根据巡检不同的技术要求，集成可见光相机／多光谱相机／红外相机。 后台数据处理后，软件有哪些模块可以实际运用？
数据处理巡检分析一体化软件集航迹解算、点云分类处理、影像处理及线路巡检分析为一体，可操作性强，简单易学。该软件功能模块主要包括线路当前工况缺陷分析检测、净空排查、线路交叉跨越分析、塔杆定位、塔杆倾斜测量分析、杆塔位移监测、弧垂分析、线路不同工况模拟及检测，软件内置国网线路安全运行规程等，支持自定义配置规程参数并自动分析报告输出，可根据实际需求灵活使用。 巡检效率 1、由上两图可见，对于10km的线路长度，30分钟即可采集完所有数据；50分钟 内即可生成巡检报告，获取通道内的净空数据，外业人员可及时联系相关人 员，在短时间内，排除净空障碍隐患。这种效率是传统人工巡检无法做到的，
以下是具体比较： 无人机载激光雷达电力巡线社会经济效益一览表
2、巡线数据真实可靠性：由于传统的人工巡线很难确保巡线人员能够百分之百到 达位置，即使是使用GPS“打考勤”，也不能确保巡线人员对每个检测点都 进行认真可靠的检测。因此，对于数据收集的可靠性上，使用无人机搭载激 光雷达，是更具备真实客观性。 1、数据预处理功能：包括全息数据导入、航迹姿态数据处理、激光点云数据解算、激光点云/高清影像/红外图像等精确匹配等； 数据预处理功能主要应用到的坐标转换如下。 （1）扫描仪局部坐标到IMU坐标转换；
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 引言 (1) 1雷达与激光雷达系统 (2) 2激光雷达测距方程研究 (3) 2.1测距方程公式 (3) 2.2发射器特性 (4) 2.3大气传输 (5) 2.4激光目标截面 (5) 2.5接收器特性 (6) 2.6噪声中信号探测 (6) 3伪随机m序列在激光测距雷达中的应用 (7) 3.1测距原理 (7) 3.2 m序列相关积累增益 (8) 3.3 m序列测距精度 (8) 4脉冲激光测距机测距误差的理论分析 (9) 4.1脉冲激光测距机原理 (9) 4.2 测距误差简要分析 (10) 5激光雷达在移动机器人等其它方面中的应用 (10) 6结束语 (11) 致谢 (12) 参考文献 (12) -
激光雷达测距原理与其应用 摘要:本文简单介绍激光雷达系统组成，激光雷达系统与普通雷达系统性能的对比，着重阐述激光雷达测距方程的研究。针对激光远程测距中的微弱信号检测，介绍一种基于m序列的激光测距方法，给出了基于高速数字信号处理器的激光测距雷达数字信号处理系统的实现方案，并理论分析了脉冲激光测距机的测距误差。了解并学习激光雷达在移动机器人等其它方面中的应用。 关键词：激光雷达；发射器和接收器特性; 伪随机序列; 脉冲激光；测距误差 Applications and Principles of laser radar ranging Student majoring in Optical Information Science and Technology Ren xiaonan Tutor Shang lianju Abstract:This paper briefly describes the composition of laser radar systems, laser radar system and radar system performance comparison of normal, focusing on the laser radar range equation. Laser Ranging for remote signal detection, presents a introduction of a sequence based on laser ranging method m, gives the high-speed digital signal processor-based laser ranging radar digital signal processing system implementations, and theoretical analysis of the pulse Laser rangefinder range error.We understand and learn application of Laser radar in the mobile robot and other aspects. Key words：Laser radar; Transmitter and receiver characteristics；Pseudo-random sequence；Pulsed laser；Ranging error. 引言：激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物，激光具有亮度 高、单色性好、射束窄等优点,成为光雷达的理想光源,因而它是目前激光应用主要的研究领域之一。激光雷达是一项正在迅速发展的高新技术，激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，使激光雷达成为一类具有多种功能的系统。利用激光作为遥感设备可追溯到30多年以前，从20世纪60年代到70年代，人们进行了多项试验，结果都显示了利用激光进行遥感的巨大潜力，其中包括激光测月和卫星激光测距。激光雷达测量技术是一门新兴技术，在地球科学和行星科学领域有着广泛的应用.LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)是激光探测及测距系统的简称，通常指机载对地激光测距技术，对地激光测距的主要目标是获取地质、地形、地貌以及土地利用状况等地表信息。相对于其他遥感技术，LIDAR的相关研究是一个非常新的领域，不论是在提高LIDAR数据精度及质量方面还是在丰富LIDAR数据应用技术方面的研究都相当活跃。随着LIDAR传感器的不断进步，地表采点密度的逐步提高，单束激光可收回波数目的增多，LIDAR数据将提供更为丰富的地表和地物信息。激光测距可分为星载(卫星搭载)、机载(飞机搭载)、车载(汽车搭载)以及定位(定点测量)四大类，目前激光测距仪已投入使用,激光雷达正处在试验阶段,某些激光雷达已付诸实
激光自20世纪被人类发明以来，它的优势在各方面都得到了认可，也成为了继核能、半导体和电子计算机之后，人类又一重大科技成果。激光雷达是激光技术与传统雷达相结合的产物，它集合了激光技术与雷达技术一系列特点，将光、机、电融合一体，形成具有独特性能的崭新雷达体制，是一种将激光束作为新的探测信号主动式的现代光学遥感技术。激光技术产生和发展，为雷达提供了一种更为理想的辐射源，使激光雷达得以迅速发展。 本文从激光雷达结构出发，介绍激光雷达工作原理与特点，然后阐述激光雷达在军事、大气水域监测、建模与测绘以及航天工程中的应用，尤其是近年来最热门的无人驾驶汽车上的应用。 1 激光雷达工作原理 1.1 激光雷达概念 激光雷达是传统雷达与激光技术相结合的产物，是以激光束作为信息载体，可以用相位、频率、偏振和振幅来搭载信息的主动式雷达。激光雷达发射激光束频率较传统雷达高几个数量级，故频率量变使得激光雷达技术产生了质的变革；又由于激光具有高亮度性、高方向性、高单色性和高相干性特点，所以激光雷达能够精确测距、测速和跟踪，还具有很高角分辨率、速度分辨率和距离分辨率，对更小尺度的目标物也能产生回波信号，在探测细小颗粒有着特有优势。 1.2 激光雷达工作原理 激光雷达一般由激光发射机、激光接收机、光束整形和激光扩束装置、光电探测器、回波检测处理电路、计算机控制和信息处理装置和激光器组成；激光雷达结构和工作原理如图1所示。激光雷达是以激光器作为辐射源，通过激励源激励，发出空间呈高斯分布的激光束，为了能得到质量更好的激光束，经由光束整形和激光扩束装置，使激光束空间分布均匀，加大了激光作用距离；整形和扩束好的激光束作为激光雷达探测信号，以大气为传播媒介，辐射到目标物表面上；激光接收机接收目标物反射和散射信号，光信号经由光电探测器转变为电信号，回波检测处理电路从传来的电信号中分出回波信号和杂波干扰脉冲，并放大回波信号，将回波信号送往计算机进行数据采集与处理，提取有用信息。 （南宁师范大学 物理与电子学院，南宁 530299） 摘 要：激光雷达以其特点和技术优势，在军事和民用上得到广泛应用。基于此，主要介绍了激光雷达工作 原理、特点以及激光雷达在军事、大气水域监测、建模与测绘、航天工程中的应用，阐述说明近年来最热门的无 人驾驶汽车中激光雷达应用方法，并对激光雷达未来进行展望。 关键词：激光雷达 工作原理 特点应用 图1 激光雷达结构及工作原理图 雷达探测、跟踪以及识别未知情况下目标物体作准备。 2 激光雷达特点 激光雷达的一些特点远远超过其他雷达，这些技术优 势显著，如采集数据密度大、精度高、分辨率高以及探测 距离远，使其在很多工作领域内得到普遍应用。激光雷达 与普通雷达各方面能力对比，如表1所示。
激光雷达在ALV中的应用 关键词：激光雷达智能车辆移动机器人定位障碍检测laser range finder Extended Kalman Filter(EKF). 结构：1：概述 2：激光雷达的分类 3：激光雷达测量时间的技术 4：激光雷达在ALV中的用途 5：举例LMS291-s05型号的激光雷达的特点和参数 6：激光雷达用于智能车定位 6.1 定位原理 6.2定位常用方法 7：激光雷达用于ALV的障碍检测 7.1ALV的安全性要求 7.2 激光雷达检测故障时要到的“漏报”和“虚警”现象 7.3 雷达安装位置的考虑 8：总结 资料来源：Google 百度知网、南理工图书馆学位论文、期刊、会议《未知环境中移动机器人导航控制理论与方法》蔡自兴 1：概述 无论是室外环境下行驶的陆地自主车还是室内环境下运动的各种移动机器人（Autonomous Land Vehicle)，都离不开距离探测。而在有源测距仪中，激光测距雷达的精度相对较高，方向性较好，而且基本不受环境可见光变化的影响，因此无论在室内还是室外环境下的移动机器人的导航研究中都得到了广泛应用。激光测距雷达可以直接获取距离数据，为机器人的导航提供了便捷有效的环境描述。 2：激光雷达的分类 根据扫描机构的不同，激光测距雷达有2D和3D两种。它们大部分都是靠一个旋转的反射镜将激光发射出去并通过测量发射光和从物体表面反射光之间的时间差来测距。3D激光测距雷达的反射镜还附加一定范围内俯仰以达到面扫描的效果。它们都是直接测距方法。同3D激光测距雷达相比，2D激光测距雷达只在一 个平面上扫描，结构简单，测距速度快、系统稳定可靠。目前2D激光测距雷达
激光雷达技术的发展现状及潜力 摘要：本文主要探讨激光雷达技术的发展现状及潜力，通过对激光雷达技术的发展历程、技术应用来具体阐述。 关键词：激光雷达技术、发展、技术应用 1、前言 激光雷达技术是一门新兴技术，在地球科学领域及行星科学领域有着广泛应用。随着这一技术在相关行业的深入开展，它越来越被世界各国的人们所熟知，并被大力推广、研发和应用，成为当今较为热门的现代量测技术。 激光雷达技术按不同的载体可分为星载、机载、车载及固定式激光雷达系统。其中星载及机载激光雷达系统结合卫星定位、惯性导航、摄影及遥感技术，可进行大范围数字地表模型数据的获取；车载系统可用于道路，桥梁，隧道及大型建筑物表面三维数据的获取；固定式激光雷达系统常用于小范围区域精确扫描测量及三维模型数据的获取。总之，激光雷达技术的出现，为空间信息的获取提供了全新的技术手段，使得空间信息获取的自动化程度更高，效率更明显。这一技术的发展也给传统测量技术带来革命性的挑战。 2、激光雷达技术的发展历程 国外激光雷达技术的研发起步较早，早在20世纪60年代年代，人们就开始进行激光测距试验；70年代美国的阿波罗登月计划中就应用了激光测高技术；80年代，激光雷达技术得到了迅速发展，研制出了精度可靠的激光雷达测量传感器，利用它可获取星球表面高分辨率的地理信息。到了21世纪，针对激光雷达技术的研究及科研成果层出不穷，极大地推动了激光雷达技术的发展，随着扫描，摄影、卫星定位及惯性导航系统的集成，利用不同的载体及多传感器的融合，直接获取星球表面三维点云数据，从而获得数字表面模型DSM，数字高程模型DEM，数字正射影像DOM及数字线画图DLG等，实现了激光雷达三维影像数据获得技术的突破。使得雷达技术得到了空前发展。如今机光雷达技术已广泛应用于社会发展及科学研究的各个领域，成为社会发展服务中不可或缺的高技术手段。 3、激光雷达技术的工作原理及流程 激光雷达系统是一种集激光雷达扫描探测，卫星定位和惯性导航系统于一身的多功能三维影像获取系统。通常由三部分组成，分别为POS系统，传感器系统以及存储与控制系统。其中POS系统由卫星定位系统和惯性导航系统组成，卫星定位系统通过差分实时测定传感器的空间位置，惯性导航系统精确记录传感器的空间姿态，存储与控制系统将传感器测算的空间信息存储起来，通过后处理软件计算出准确的空间点云数据。并生成各种数字产品如：DSM、DEM、
激光雷达在军事中的应用 摘要：本文简要介绍激光雷达的特点、激光雷达探测的基本物理原理及其在军事领域的应用现状．Laser rader’s character was briefly introduced in this essay.Besides,its elementary physical fundamental was also introduced as well al its use from military field. 关键词：激光雷达；探测；军事应用 1引言 激光雷达是现代激光技术与传统雷达技术相结合的产物，由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式即为直接探测和外差探测。它像传统的微波雷达一样，由雷达向目标发射波束，然后接收目标反射回来的信号，并将其与发射信号对比，获得目标的距离、速度以及姿态等参数．但是它又不同于传统的微波雷达，它发射的不是微波束，而是激光束，使激光雷达具有不同于普通微波雷达的特点． 根据激光器的不同，激光雷达可工作在红外光谱、可见光谱和紫外光谱的波段上．相对于工作在米波至毫米波波段的微波雷达而言，激光雷达的工作波长短，是微波雷达的万分之一到千分之一，根据光学仪器的分辨率与波长成反比的原理，利用激光雷达可以获得极高的角分辨率和距离分辨率，通常角分辨率不低于0.1mrad ，距离分辨率可达0.1m , 利用多普勒效应可以获得10m / s 以内的速度分辨率．这些指标是一般微波雷达难以达到的，因此激光雷达可获得比微波雷达清晰得多的目标图像。 激光束的方向性好、能量集中，在20km 外，其光束也只有茶杯口大小，因而敌方难以截获，而且激光束的抗电磁干扰能力强，难以受到敌方有源干扰的影响． 由于各种地物回波影响，因而在低空存在微波雷达无法探测的盲区．而对于激光雷达，只有被激光照射的目标才能产生反射，不存在低空地物回波的影响，所以激光雷达的低空探测性能好．激光雷达体积小、重量轻，有的整套激光雷达系统的重量仅几十千克．例如为了适应海军陆战队的需要，美国桑迪亚国家实验室和伯恩斯公司都提出了手持激光雷达的设计方案．相对于重达数吨、乃至数十吨的微波雷达而言，激光雷达的机动性能显然要好得多． 任何事物都是一分为二的，激光雷达也有自身的缺陷．激光光束窄、方向性好，虽然表现出能量集中的优点，但不宜用作战场监视雷达搜索大空域．而且激光的传输受环境影响大，尤其是在雨、雪、雾的天气，激光在传输过程中的衰减更大．当然，激光在大气层外传输时不易衰减，有其得天独厚的优势．经过几十年的努力，科学家们趋利避害，已研制出多种类型的军用激光雷达．激光雷达在军事上可用于对各种飞行目标轨迹的测量。如对导弹对卫星的精密定轨等。激光雷达与红外、电视等光电设备相结合，组成地面、舰载和机载的火力控制系统对目标进行搜索、识别、跟踪和测量。由于激光雷达可以获取目标的三维图像及速度信息，有利于识别隐身目标。激光雷达可以对大气进行监测，遥测大气中的污染和毒剂，还可测量大气的温度、湿度、风速、能见度及云层高度。用激激光器作为辐射源的雷达。 2. 用干战场侦察的激光雷达 众所周知，普通的成像技术（如电视摄像、航空摄影及红外成像等）获得的场景图像都是反映被摄区域辐射强度几何分布的图像，而激光雷达可以通过采集方位角一俯冲角一距离一速度一强度等三维数据，再将这些数据以图像的形式显示出来，从而可产生极高分辨率的辐射强度几何图像、距离图像、速度图像等，因而它提供了普通成像技术所不能提供的信息． 例如美国桑迪亚国家实验库研制的一种激光雷达，激光器功率为120MW ，显示屏幕的像素为64
（1）基于激光雷达的移动机器人位姿估计方法综述 位姿估计方法是移动机器人研究的一个核心问题，精确地位姿估计对于机器人的定位、自动地图生成、路径规划等具有重要意义。传统的位姿估计方法在不同程度上都有位移误差较大、成本较高的缺点。而激光雷达刚好解决了这个问题。目前常用的激光雷达为2维脉冲式激光雷达，这种方法有两个重要的步骤：距离数据的表示和距离数据的对应。 数据的表示。利用一对脉冲近红外发射器和接收器，通过测量发射到接受的时间差，即可计算出目标的距离，从而得到关于环境的水平剖面图。对于静态环境的表示方法目前比较好的方法是Gonzalez提出的混合式表达方法，这种方法综合了基于特征的表示方法和占据网格的表示方法而提出的一种同时具有两者各自优点的方法。 距离数据的对应。目前已有的对应方法有特征—特征、点—特征和点—点等。以下主要介绍三类。特征—特征对应方法首先从参考扫描和当前扫描中分别抽取出一组特征，然后是用特征的属性和特征间相对关系对两组特征进行匹配，得到一组特征对，最后使用迭代的方法求解机器人的位姿，使特征对之间的误差最小。点—特征与特征—特征方法的不同主要在于它直接使用当前的原始数据与参考扫描的特征进行匹配，匹配的依据是点到线段的距离。由于这种方法在匹配中直接使用了原始的距离数据，避免了中间的特征抽取过程，因此这种方法的精度略高于特征—特征方法。点对点的方法是利用一个合适的规则直接匹配2个扫描中的数据，从而得到相对位姿的关系，目前这个常用的规则是最近点规则。 （2）激光雷达技术在城市三维建筑模型中的应用 “数字城市”是数字地球技术系统的重要组成部分，而表达城市主要物体的三维模型包括三维地形，三维建筑模型、三维管线模型。这些三维建筑模型是数字城市重要的基础信息之一。 而激光雷达技术可以快速完成三维空间数据采集，它的优点使它有很广阔的应用前景。机载雷达系统的组成包括：激光扫描器、高精度惯性导航仪、应用查分技术的全球定位系统、高分辨率数码相机。通过这四种技术的集成可以快速的完成地面三维空间地理信息的采集，经过处理便可得到具有坐标信息的影像数据。 利用激光进行三维建筑建模的技术。首先，进行数据预处理。就是结合IMUU记录的姿势参数、机载GPS数据、地面基站GPS观察数据、GPS偏心分量、扫描仪和数码相机各自的偏心分量，进行GPS/IMU联合解算，得到扫描仪及相机曝光坐标下的轨迹文件，进而得到外方为元素。其次，使用LIDAR数据商业处理软件将地面数据与非地面数据分离，生成DEM，在利用纯地表数据对影像外方位元素通过寻找同名像点的方式进行校正快速生成DOM。DEM 和DOM叠加在一起就形成了三维地形模型。最后，为了表达真实的城市面貌对三维建筑模型进行纹理贴图。纹理粘贴的方法常见的有手动粘贴和纹理映射两种。常用的纹理获取方法也有两种，第一种方法是对建筑顶部纹理采用航空影像，侧面纹理信息为手持相机实地拍摄。第二种方法为倾斜航空摄影。得到纹理后利用专业软件进行纹理面的选择、匀光处理等将反应建筑现状的影像信息映射在对应的模型上就达到了反映城市现状的目的。 （3）激光雷达技术的发展及其在大气环境监测中的应用 激光雷达由于探测波长短、波束定向性强，能量密度高，因此具有高空间分辨率、高的
激光雷达在军事中的应用 作者 摘要：本文简要介绍激光雷达的特点、激光雷达探测的基本物理原理及其在军事领域的应用现状． 关键词：激光雷达；探测；军事应用 1.引言 激光雷达是现代激光技术与传统雷达技术相结合的产物，它像传统的微波雷达一样，由雷达向目标发射波束，然后接收目标反射回来的信号，并将其与发射信号对比，获得目标的距离、速度以及姿态等参数．但是它又不同于传统的微波雷达，它发射的不是微波束，而是激光束，使激光雷达具有不同于普通微波雷达的特点． 根据激光器的不同，激光雷达可工作在红外光谱、可见光谱和紫外光谱的波段上．相对于工作在米波至毫米波波段的微波雷达而言，激光雷达的工作波长短，是微波雷达的万分之一到千分之一，根据光学仪器的分辨率与波长成反比的原理，利用激光雷达可以获得极高的角分辨率和距离分辨率，通常角分辨率不低于0.1mrad ，距离分辨率可达0.1m , 利用多普勒效应 可以获得10m / s 以内的速度分辨率．这些指标是一般微波雷达难以达到的，因此激光雷达可获得比微波雷达清晰得多的目标图像。 激光束的方向性好、能量集中，在 20km 外，其光束也只有茶杯口大小，因而敌方难以截获，而且激光束的抗电磁干扰能力强，难以受到敌方有源干扰的影响．由于各种地物回波影响，因而在低空存在微波雷达无法探测的盲区．而对于激光雷达，只有被激光照射的目标才能产生反射，不存在低空地物回波的影响，所以激光雷达的低空探测性能好． 激光雷达体积小、重量轻，有的整套激光雷达系统的重量仅几十千克．例如为了适应海军陆战队的需要，美国桑迪亚国家实验室和伯恩斯公司都提出了手持激光雷达的设计方案．相对于重达数吨、乃至数十吨的微波雷达而言，激光雷达的机动性能显然要好得多． 任何事物都是一分为二的，激光雷达也有自身的缺陷．激光光束窄、方向性好，虽然表现出能量集中的优点，但不宜用作战场监视雷达搜索大空域．而且激光的传输受环境影响大，尤其是在雨、雪、雾的天气，激光在传输过程中的衰减更大．当然，激光在大气层外传输时不易衰减，有其得天独厚的优势．经过几十年的努力，科学家们趋利避害，已研制出多种类型的军用激光雷达． 2. 用干战场侦察的激光雷达 众所周知，普通的成像技术（如电视摄像、航空摄影及红外成像等）获得的场景图像都是反映被摄区域辐射强度几何分布的图像，而激光雷达可以通过采集方位角一俯冲角一距离一速度一强度等三维数据，再将这些数据以图像的形式显示出来，从而可产生极高分辨率的辐射强度几何图像、距离图像、速度图像等，因而它提供了普通成像技术所不能提供的信息．例如美国桑迪亚国家实验库研制的一种激光雷达，激光器功率为120MW ，显示屏幕的像素为64 X 64 元，视场内物体的图像可显示在屏幕上，每秒钟更新4 次，并用不同颜色和灰度显示物体的相对距离．这种激光雷达能对运动的装甲车辆产生实时图像，图像分辨率足以识别车辆型号． 美国雷西昂公司研制的ILR100 型砷化稼激光雷达，可安装在高性能飞机和无人机上，当飞机在120m～460m 高空飞行
激光雷达技术的发展和应用 摘要:根据激光雷达的测距原理及中心投影共线条件方程式,建立了激光雷达测量系统的几何模型及其精度评价模型，对激光雷达在军事、气象、地质、环境与测绘等领域的应用以及激光雷达未来的发展趋势作了详细介绍。 关键词：激光雷达；几何模型；发展；应用。 引言：２０世纪６０年代初出现了以测距为主要功能的激光雷达（ＬｉＤＡＲ），它以高角分辨率、高速度分辨率、高距离分辨率、强抗干扰能力、良好的隐蔽性，以及出色的全天候工作能力在很多领域尤其是军事领域中得到了广泛的应用。ＬｉＤＡＲ技术（ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎＡｎｄＲａｎｇｉｎｇ）也称机载激光雷达，它是一种安装在飞机上的机载激光系统，通过量测地面的三维坐标，生成ＬｉＤＡＲ数据影像，经过相关软件处理后，可以生成地面的ＤＥＭ模型、等值线图及ＤＯＭ正射影像图。ＬｉＤＡＲ系统通过扫描装置，沿航线采集地面点三维数据；系统可自动调节航带宽度，使其与航摄宽度精确匹配，在不同的实地条件下，平面精度可达０.１Ｉｌｌ，采样间隔为２～１２ｍ。ＬｉＤＡＲ是集激光技术、光学技术和微弱信号技术于一体而发展起来的一种现代化光学遥感手段，它使用激光作为探测波段，波长较短而且是单色相干光，凶而呈现出极高的分辨本领和抗干扰能力，为其在各方面的应用奠定了重要基础。ＬｉＤＡＲ探测技术不仅可以获得目标地物表面的反射能量的大小，同时还可获取目标反射波谱的幅度、频率和相位等信息，用于测速和识别移动目标，在环境、生态、通信、航天等方面有着广泛的应用。本文重点介绍ＬｉＤＡＲ的技术现状和应用领域。 正文： 1.激光雷达的发展过程 第１代激光雷达于１９６７年由美国国际电话和电报公司研制，用于开发航天飞行器交会对接用的激光雷达，１９７８年ＮＡＳＡ／ＭＦＳＣ研制出了用于同一目的的Ｃ０２干涉激光雷达－７。１９７６年用于研究地球科学的星载激光雷达一经问世就得到重视，ＮＡＳＡ和ＮＯＡＡ委托美国无线电公司和帕新一爱而莫公司开发用于测量全球对流层风场的Ｃ０２相干激光雷达Ｉ９］。１９８８年ＮＡＳＡ研制出激光大气风探测器，空间分辨率达到１０００ｍ左右，利用不同高度背向散射测量水平风场，２0世纪９０年代，由于全固体激光技术和二极管泵浦全固态技术的发展，较好地解决了制约星载激光雷达的寿命问题，开辟了高精度绘图、远程测距、环境监测、测云、测地被、测目标和非相干测风等应用邻域，发展了基于ＤＰＳＳ技术的差分吸收激光雷达、拉曼散射激光雷达、非相干多普勒激光雷达和生物激光雷达等，显示出巨大的经济效益和军事价值。 2.激光雷达的主要应用 由于激光雷达特有的优势，在国民经济建设中如农林业、军事侦察、水利电力
引言激光雷达测量技术是一门新兴技术，在地球科学和行星科学领域有着广泛的应用.LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)是激光探测及测距系统的简称，通常指机载对地激光测距技术，对地激光测距的主要目标是获取地质、地形、地貌以及土地利用状况等地表信息。相对于其他遥感技术，LIDAR的相关研究是一个非常新的领域，不论是在提高LIDAR数据精度及质量方面还是在丰富LIDAR数据应用技术方面的研究都相当活跃。随着LIDAR传感器的不断进步，地表采点密度的逐步提高，单束激光可收回波数目的增多，LIDAR 数据将提供更为丰富的地表和地物信息]1[。 1.激光雷达的发展过程]3[]2[ 第1代激光雷达于1967年由美国国际电话和电报公司研制，用于开发航天飞行器交会 干涉激光雷达。1976对接用的激光雷达，1978年NASA/MFSC研制出了用于同一目的的CO 2 年用于研究地球科学的星载激光雷达一经问世就得到重视，NASA和NOAA委托美国无线电公 相干激光雷达。1988年NASA研司和帕新一爱而莫公司开发用于测量全球对流层风场的CO 2 制出激光大气风探测器，空间分辨率达到1000ｍ左右，利用不同高度背向散射测量水平风场，到了20世纪90年代，由于全固体激光技术和二极管泵浦全固态技术的迅速发展，较好地解决了制约星载激光雷达的寿命问题，开辟了高精度绘图、远程测距、环境监测、测云、测地被、测目标和非相干测风等应用邻域，发展了基于DPSS技术的差分吸收激光雷达、拉曼散射激光雷达、非相干多普勒激光雷达和生物激光雷达等，显示出巨大的经济效益和军事价值。 2. 激光雷达的应用范围及优缺点 在军事应用方面，激光雷达主要被用于巡航导弹的研制和导航、给机载武器测试目标距离和地飞目标跟踪等。在民用方面主要用于大气环境监视方面比如污染物监测、大气成分检测、气象观测等，激光雷达在现代测绘、复杂电力系统巡检等都将有更新的应用。 激光雷达的波长比微波短好几个数量级，又有更窄的波束。因此，和微波雷达相比，激光雷达具有角分辨率高、抗干扰能力强、隐蔽性好、体积小重量轻等优点： 当然，激光雷达也有易受天气影响、难以搜索和捕获目标等缺点：一般先有其他设备实施大空域、快速粗捕目标，然后交由激光雷达对目标进行精密跟踪测量。
激光雷达 一、简介 激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。 激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，陆续开发出不同用途的激光雷达，使激光雷达成为一类具有多种功能的系统。 二、背景 激光雷达之所以受到关注，是因为其具有一系列独特的优点：具有极高的角分辨率、具有极高的距离分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强、比微波雷达的体积和重量小等。但是，激光雷达的技术难度很高，至今尚未成熟，而且在恶劣天气时性能下降，使其应用受到一定的限制。激光雷达类别可以从不同的角度来划分。若按用途和功能划分，则有精密跟踪激光雷达、制导激光雷达、火控激光雷达、气象激光雷达、水下激光雷达等；若按工作体制划分，则有单脉冲、连续波、调频脉冲压缩、调频连续波、调幅连续波、脉冲多普勒等体制的激光雷达。按不同的载体可分为星载、机载、车载及固定式激光雷达系统。其中星载激光雷达系统结合卫星定位、惯性导航、摄影及遥感技术，可进行大范围数字地表模型数据的获取；车载系统可用于道路，桥梁，隧道及大型建筑物表面三维数据的获取；固定式激光雷达系统常用于小范围区域精确扫描测量及三维模型数据的获取。总之，激光雷达技术的出现，为空间信息的获取提供了全新的技术手段，使得空间信息获取的自动化程度更高，效率更明显。这一技术的发展也给传统测量技术带来革命性的挑战。 国外激光雷达技术的研发起步较早，早在20世纪60年代，人们就开始进行激光测距试验；70年代美国的阿波罗登月计划中就应用了激光测高技术；80年
激光雷达点云数据 LiDAR(Light Detection and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称，另外也称Laser Radar或LADAR(Laser Detection and Ranging)，由激光雷达进行扫描所获取的数据，即为激光雷达点云数据。 激光雷达是用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法按照探测的原理不同可以分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。 激光雷达的特点: 与普通微波雷达相比,激光雷达由于使用的是激光束,工作频率较微波高了许多,因此带来了很多特点,主要有： （1）分辨率高 激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。通常角分辨率不低于0.1mard也就是说可以分辨3km距离上相距0.3m的两个目标(这是微波雷达无论如何也办不到的),并可同时跟踪多个目标；距离分辨率可达0.lm；速度分辨率能达到10m/s以内。距离和速度分辨率高,意味着可以利用距离——多谱勒成像技术来获得目标的清晰图像。分辨率高,是激光雷达的最显著的优点,其多数应用都是基于此。 （2）隐蔽性好、抗有源干扰能力强 激光直线传播、方向性好、光束非常窄,只有在其传播路径上才能接收到，因此敌方截获非常困难，且激光雷达的发射系统(发射望远镜)口径很小,可接收区域窄，有意发射的激光干扰信号进入接收机的概率极低；另外，与微波雷达易受自然界广泛存在的电磁波影响的情况不同，自然界中能对激光雷达起干扰作用的信号源不多，因此激光雷达抗有源干扰的能力很强,适于工作在日益复杂和激烈的信息战环境中。