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
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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
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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。
3. 激光雷达工作原理]7[]5[
传统的雷达是微波和毫米波波段的电磁波为载波的雷达。激光雷达以激光作为载波，可以用振幅、频率、相位和振幅来搭载信息，作为信息载体。
激光雷达的工作原理与雷达非常相近。由激光器发射出的脉冲激光由空中入射到地面上，打到树木上，道路上，桥梁上，房子上，引起散射。一部分光波会经过反射返回到到激光雷达的接收器中。接收器通常是一个光电倍增管或一个光电二极管，它将光信号转变为电信号，记录下来。同时由所配备的计时器记录下来同一个脉冲光信号由发射到被接收的时间间隔T。
于是，就能够得到由飞机上的的激光雷达到地面上的目标物的距离R为: R = CT/2。这里C代表光速，是一个常数，即C=300,000公里/秒。激光雷达每一个脉冲激光的最大距
离分辨率也可由以下公式给出：⊿R = C/2·(t
L +t
N
+t
W
)这里，t
L
代表激光脉冲的长度，t
N
代
表接收器电子器件的时间常数，t
W
代表激光与目标物体的碰撞时间常数。对于一个Q-开关
的N d:YAG激光器，它的脉冲常数是10纳秒，接收器电子器件的时间常数t
N
一般是50纳秒
到200纳秒，激光与目标物体的碰撞时间常数t
W
较小，一般忽略不计。因此，距离分辨率⊿R一般在7.5米到30米。
机载LIDAR系统对地定位原理如下，假设地理空间有一向量S，其模为r,如已知该向量
起点O
S 的坐标（X
S
，Y
S
，Z
S
），则该向量的另一端点P的坐标（X,Y，Z）可唯一确定。对于机
载LIDAR系统来说，起点O
S 为激光发射器中心，其坐标（X
S
,Y
S
，Z
S
）可利用动态差分GPS
求出；向量r的模是由激光测距系统测定的机载激光测距仪到地面激光脚点间的距离，姿态参数可以利用高精度姿态装置测获得。同时还必须顾及到一些系统误差，包括激光测距仪相对于GPS天线相位中心的偏差，激光扫描仪机架的三个安置脚（翻滚角、俯仰角和航偏角），以及IMU相对于GPS的偏心矢量及IMU机体同载体坐标轴间的视轴偏心角等。这些误差都需要通过一定的检校场进行。
4 机载激光雷达的组成及其选择依据
机载LIDAR的系统组成主要包括：GPS、INS（惯性导航系统）、激光扫描测距系统、成像装置和工作平台等。
（1）二维激光扫描仪]6[
二维激光扫描仪是激光雷达的核心部分，用于激光雷达的二维激光扫描仪的激光器所输
出的激光波形有两种：一种是脉冲式的，另一种是连续波，脉冲式的激光器一般是半导体激光器，或用半导体激光器泵浦的Nd-YAG激光器。他们的特点是输出的功率大，峰值功率可达到几MW。连续波激光雷达用于卫星遥感和长距离遥感。我们通常用的是基于时间-飞行差原理（time-flight）的脉冲式的激光雷达。脉冲式激光雷达的测距分辨率⊿H由公式
⊿H=C·t P/2 给出。C是光速，t P是光的一个脉冲周期时间。
一个脉冲光在一个周期时间里所通过的距离：脉冲宽度Lp=2⊿H。如果t P=1ns, Lp=300mm; 如果t P=1ns, Lp=3m。脉冲宽度越短，测距的分辨率越高一般为t rise=1ns。
激光器的峰值输出功率E p一般是2000W,那么每发射一个脉冲光所需要的能量E为E=E p·t P=2000W·10ns=20μj
因而，如果激光器的发射频率f为10,000Hz，所需要的激光器的发射功率为P=E·f=0.2W。如果f为100,000Hz，所需要的激光器的发射功率为2W。
目前市场上的二维激光器的距离测量精度在1000米的距离时为2厘米—5厘米。（2）IMU（惯性测量单元）设备
IMU的主要作用就是确保系统的激光扫描仪和数码相机精确三维定位。
当航飞高度在1000米以上时，对于IMU的要求标准较高。目前比较优异的的IMU（IGI, Applanix, iMAR, iPAS)技术参数表如下所示：
对于航高在500米以下的系统，对于IMU的要求可以降低。
IMU与DGPS的组合使用使两种系统取长补短，Lidar系统将IMU和DGPS获得的信息进行综合，获得更高精度的位置信息，增强了系统的可靠性，部分解决了采样频率低的问题。
(3) 光的色散
激光是目前所有已经知道的光中发散度最小的。通常我们用弧度来表示光的色散γ。如果我们以激光器的光窗的孔径为D,激光的波长为λ，光的色散大小的极限值与光衍射相关。当超过它的极限时，光斑会出现模糊。因而，γ≧ 2.44λ/D也就是说，如果激光器的发射光窗不变，光的色散随着光的波长的增加而增大；如果光的波长不变，光的色散随着光窗的增加而减小。
（4）最大发射频率
目前市场上的激光雷达的激光发射的最大频率范围为10,000赫兹—240,000赫兹。均为Riegl公司所生产。Optech公司和莱卡公司的激光器的最大发射频率分别是160,000赫兹和150,000赫兹。TopSys的是125,000赫兹。根据时间-飞行差原理，激光由飞机上的激光器发射打到地面上被发射回到机载雷达的接收器上所经历的时间t=2H/C。这里C是光在真空中运行的速度，这里更准确话，我们应该用V(光在空气中运行的速度)来代替C.当飞行高度为1000米时，所需时间为6.7微秒。那么激光发射频率f=1/t。于是，最大发射频率PRF(Pulse Repetition Frequency)与光速和激光器到标靶的距离相关。fmax= PRF = V/2Hmax]6[，因此发射激光器标定的最大发射频率都是在一定的高度以下才能达到的。（5）数码相机设备
目前所配备的数码相机的种类主要有：哈苏、禄来、徕卡、和DSS相机。总像素分别为：3900万、5000万和6000万。像素元大小在6—9μm之间。值得特别留意的是数码相机的固定稳定性问题。如果相机的固定不是很稳固，经过一段时间，影像的测量误差就会比较大。另外，还要注意相机的标定问题。
（6）飞行高度和精度的关系
人们对于飞机平台的追求是飞得高一些，飞得快一些，以便尽快完成项目；但是，飞得高，飞得快，GPS/IMU的误差大，激光发射的频率低，入射到地面的激光点稀疏，激光测距的精度低。
我们遇到的大多数项目精度要求在1：2000，如果能够提高到1：500更好。因此，在
2008年以前，国内设备的激光发射的最高频率为100,000赫兹，飞行高度（AGL: Above Grond Level）大多数在1000米以下，以保证每平方米有一个激光点，GPS/IMU的误差在5－10cm 之间，影像的分辨率在12cm或更小。近年来，由于具备更高的激光发射频率和具备多脉冲技术的机载激光雷达相继引入我国，飞行的高度可提高到1800米左右。
如果要飞行大面积的精度在1：5000以下的项目，飞行的高度可以设在3000米以上，甚至更高。但是精度会明显下降，激光点的密度会大幅减少。如果要飞有植被覆盖的山区，入射到地面的激光点的几率非常小，基本不可取。
5 激光雷达的发展趋势
本人认为小型、机动用于特定目标测量的激光雷达已成为当今激光雷达发展的主流, 特别是小型中小功率激光器的发展与微型化、大规模集成电路和高性能计算机的发展,为小型激光雷达的迅速发展提供了坚实的基础。机载激光雷达的通用化，组件化会得到普及，机载激光雷达逐渐进入数字信号时代，改变了以前依靠模拟信号的现状。
参考文献
【1】激光雷达测距原理与其应用。任晓楠，尚连聚
【2】激光雷达技术的发展和应用。齐晴
【3】李清泉，李必军，激光雷达测量技术及其应用研究［Ｊ］。武汉测绘科技大学学，2000，25（5）
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【5】戴永江. 激光雷达原理[M]. 北京: 国防出版社, 2002.
【6】激光雷达介绍。刘燕京
【7】机载激光雷达基础原理与应用[M]。赖旭东.电子工业出版社，2010.
2020年咨询继续教育 航测遥感100分试卷答案 一、单选题【本题型共20道题】 1.以下哪个测绘产品不属于正摄投影：（） A．摄影像片 B．地形图 C．正射影像图 D．数字表面模型的正射高程渲染图 用户答案：[A] 得分：2.00 2.当采用机载激光雷达设备执行1:1000比例尺地形图测量任务时，在做航线设计时，其点云密度和高程模型格网间距应符合：（） A．点云密度大于32个/m2，高程模型成果格网间距0.25m B．点云密度大于16个/m2，高程模型成果格网间距0.5m C．点云密度大于4个/m2，高程模型成果格网间距1.0m D．点云密度大于1个/m2，高程模型成果格网间距2.0m 用户答案：[C] 得分：2.00 3.下列哪项不属于绿色植物的光谱反射特征：（） A．叶绿素吸收（0.4-0.76mm），有一个小的反射峰，位于绿色波段（0.55 mm ），两边（蓝、红）为吸收带（凹谷） B．植被叶细胞结构产生的植被特有的强反射特征（0.76-1.3 mm），高反射，在0.7 mm处反射率迅速增大，至1.1处有峰值 C．水分吸收（1.3-2.5 mm），受植物含水量影响，吸收率增加，反射率下降，形成几个低谷 D．在蓝绿光波段有较强的反射，在其他波段都有较强吸收，尤其是近红外波段，几乎被全部吸收 用户答案：[D] 得分：2.00 4.城区航空摄影时，为减少航摄像片上地物的投影差，应尽量选择（）焦距摄影机。 A．短 B．中等 C．长 D．可变 用户答案：[C] 得分：2.00
5.激光雷达测量的多次回波技术是其对植被有一定穿透性的这一优势的基础，目前机载激光雷达设备最高可以支持的回波次数为：（） A．1次 B．3次 C．5次 D．无穷次 用户答案：[D] 得分：2.00 6.目前数字高程模型的主流形式为（）。 A．规则格网的DEM B．不规则三角网DEM C．Grid-TIN混合形式的DEM 用户答案：[A] 得分：2.00 7.一台激光扫描仪在950米相对航高、60度视场角下采用300KHz的激光脉冲频率（PRR）,如果每个脉冲平均记录2次回波，那么该设备每秒采集的激光点数量可达到：（） A．30万 B．60万 C．90万 D．120万 用户答案：[B] 得分：2.00 8.解析空中三角测量的三种方法中，误差方程直接对原始观测值列出，严密，但计算量大。同时因为非常方便引入非摄影测量附加观测值，如POS数据，从而成为目前主流的空三算法是（）。 A．航带法 B．独立模型法 C．光束法 D．区域网法 用户答案：[C] 得分：2.00 9.以无人机航空摄影测量常用的Canon 5D MarkII为例，其主距为35mm,像元大小为6.4微米，那么547米相对航高时，其水平航摄获取影像的地面分辨率为：（）
机载激光雷达数据后处理软件（LiDAR_Suite）简介 LiDAR_Suite是武汉天擎空间信息技术有限公司在国家高新技术发展计划项目基础上，开发的具有完全自主知识产权的机载LiDAR 数据后处理软件（如图1）。 图1：LiDAR_Suite 系统界面 LiDAR_Suite 综合考虑了当前机载激光雷达数据处理与应用的实际，形成了一套从原始点云数据到高质量行业产品、成熟高效的机载LiDAR数据处理工艺流程。LiDAR_Suite 功能齐全，性能稳定，提供了涵盖机载激光雷达数据预处理、基础共性处理和专业应用处理等三个处理层次的丰富功能。具体包括： 1)机载LiDAR 点云数据、影像、矢量及DEM 等多源空间数据的存取与可视 化，提供了和主流LiDAR 数据处理软件、遥感影像处理软件以及GIS软件的数据接口； 2)机载LiDAR 数据质量控制；机载LiDAR 系统检校、点云数据精度评价 和点云数据的无缝航带拼接； 3)海量点云数据的工程化组织管理及其自动批处理；集群环境下的点云数据快 速处理； 4)多种点云数据的自动滤波、分类算法，基于多模式和多视图的点云编辑精细
分类，多模式和可视化的分类精度评价； 5)基于机载LiDAR 点云的高质量数字高程模型和等高线生产； 6)面向机载LiDAR 同机航空数码相机的整区域快速正射影像生产；机载 LiDAR点云与非同机遥感影像的配准； 7)电力行业应用：电力线提取与建模、电力设施周边地物要素采集、危险点间 距量测等； 8)数字城市应用：独立的子模块Building Modeler，实现城市建筑物三维模型的 自动、半自动建立。 LiDAR_Suite采用了当前机载LiDAR最新数据处理技术，采用了模块化设计思想以及插件集成技术，在可视化、人机交互、易操作性、处理精度与效率等方面与现有商业化的主流机载激光雷达数据处理软件相比均具有一定的技术优势，并提供了灵活方便的、面向行业的二次开发功能。LiDAR_Suite兼顾了先进算法自动化处理和人机交互的作用，使系统更具实用性；面向专业应用提供了测绘生产、数字城市建模、电力行业应用等功能。目前，该软件已应用于实际的高精效测绘生产中，完成从原始点云数据到基础测绘产品生产（含DEM、DOM、等高线、部分DLG）以及产品精度评价的全部流程，效果良好（图2为数据生产工程管理示意图，图3为多模式和多视图的点云精细分类编辑示意图，图4为点云自动分类结果，图5为高精度DEM渲染结果，图6为电力悬链线的提取与建模，图7为建筑物半自动建模）。目前，LiDAR_Suite的生产处理成果已应用于国土、交通、水利等领域，并可望在更多领域如资源、环境、灾害、电力、农林等得到广泛应用。
机载激光雷达选择参考 目前市场上销售的机载激光雷达来自多个厂家，有多种品牌和种类。那么，如何从中选择技术先进、性价比好、故障少又售后服务完善的设备呢？ 一、机载激光雷达系统生产厂家介绍 目前提供机载激光雷达设备的厂家主要有：徕卡、Optech（加拿大）、IGI、天宝、TopEye和Riegl。 这些厂家的特点是什么呢？ （a）自己生产机载激光扫描仪，然后购买其他厂家的GPS/IMU及硬件和软件，集成机载激光雷达。这类厂家有徕卡，Optech（加拿大），Topeye（瑞典）和Riegl（奥地利）。 在这些生产激光扫描仪的厂家中，生产规模最大的和研究能力最强的是Riegl公司，他向许多厂家提供了一系列产品，如： LMS-Q系列机载激光扫描仪：LMS-Q240, LMS-Q280, LMS-Q120i，LMS-Q160(超轻型，防摔型，无人机专用)等。 新型的具备数字化全波形数据获取和实时处理能力的VQ系列机载激光扫描仪：VQ180, VQ280, VQ480，LMS-Q560和VQ680i等。 目前，徕卡只生产一种激光扫描仪，而其他厂家也大多只生产两款机载激光扫描仪作为自己的系统集成使用。Optech虽然能够生产具备数字化全波形数据的激光扫描仪，但不是标准配置，用户需要另外付费。但即便如此，也已经落后Riegl公司六年。 这里还要指出的是：徕卡公司在2005年前一直使用的是加拿大Applanix POS系统，由于美国的禁运政策，向中国出口的POS系统都进行了许多修改，性能明显下降，并且伴随不稳定的情况。为了保证激光雷达性能的可靠性，徕卡在2004年后测试了许多不同公司（包括Honeywell）的POS系统。在２００５年７月又从加拿大TerraMatics公司（1998年成立）购买了其POS系统的IP（知识产权），避开北美区域，由自己（在瑞士）来研发和委托生产型号为iPAS 的POS系统。目前国内所销售的徕卡的ALS５０－ii和６０系统基本都是配置iPAS定位系统。
【试卷总题量: 50，总分: 100.00分】用户得分：82.0分，用时4797秒，通 过 字体：大中小 | 打印 | 关闭 | 分。 A．反射B．吸收C．透射 D．发射 用户答案：[D] 得分：2.00 2.以下哪个测绘产品不属于正摄投影：（ ） A．摄影像片 B．地形图 C．正射影像图 D．数字表面模型的正射高程渲染图 用户答案：[A] 得分：2.00 3.环境和灾害监测是遥感技术应用最为成功的领域，以下不属于该领域的应用为：（ ） A．利用影像色调监测大气气溶胶、有害气体 B．分析遥感影像特征，监测江河湖海各种水污染 C．森林火灾监测等 D．修测地形图 用户答案：[D] 得分：2.00 4.以下常用遥感传感器中成像的传感器是：（） A．光谱仪
B．红外辐射计 C．多波段扫描仪 D．雷达高度计 用户答案：[B] 得分：0.00 5.浩瀚的海洋为遥感技术应用提供了广阔的舞台，以下不属于该领域的应用为：（） A．雷达散射计利用回波信号研究海洋工程和预报海浪风暴 B．利用SAR图像确定海浪谱及海表面波长、波向、内波；提取海冰信息；监测污染事件；进行水下地形测绘 C．多光谱扫描仪MSS,TM和CZCS在海洋渔业，海洋污染监测，海岸带开发等方面发挥重要作用 D．利用航空LiDAR技术可以直接测量一定深度内的海底地形 E．监测土地沙漠化，盐碱化，垃圾堆积 用户答案：[E] 得分：2.00 6.以无人机航空摄影测量常用的Canon 5D MarkII为例，其主距为35mm,像元大小为6.4微米，那么547米相对航高时，其水平航摄获取影像的地面分辨率为：（） A．5cm B．10cm C．15cm D．20cm 用户答案：[B] 得分：2.00 7.采用旋转方式，设备能保持长期的稳定可靠运转，扫描点分布均匀，但是无法调整视场角的激光雷达扫描方式为：（） A．摆动扫描镜 B．旋转正多面体扫描仪 C．光纤扫描仪 D．隔行扫描仪 用户答案：[B] 得分：2.00
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；
机载激光雷达数据处理 编制：深圳飞马机器人科技有限公司版本号：V0.1 日期：2019-3-22
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目录 机载激光雷达数据处理 (1) 1.概述 (5) 2.软件准备 (5) 3.数据整理 (6) 3.1.GPS数据 (6) 3.2.LIDAR原始数据 (7) 3.3.影像数据...........................................错误！未定义书签。 3.4.数据整理与存放..............................错误！未定义书签。 4.差分解算 (7) 4.1.GPS数据格式转换 (7) 4.2.影像POS数据处理..........................错误！未定义书签。 4.3.点云轨迹解算 (10) 5.影像数据处理..............................................错误！未定义书签。 6.点云数据预处理 (26) 6.1.新建项目 (26) 6.2.点云解算 (30) 6.3.数据检核 (31) 6.4.特征提取 (33) 6.5.航带平差 (34) 6.6.点云赋色 (35)
6.7.坐标转换 (36) 6.8.点云标准格式（LAS）导出 (38) 7.点云数据后处理 (39) 7.1.数据分块 (39) 7.2.噪声点滤除 (40) 7.3.分类编辑 (41) 7.4.DEM输出 (44) 7.5.EPS采集DLG (45) 7.6.基于点云采集DLG (51) 8.成果精度检查与汇交 (57) 8.1.点云精度检查 (58) 8.2.成果提交（只列出点云成果，不含影像） (58)
机载激光雷达的应用现状及发展趋势 摘要：机载激光雷达是一种应用越来越广泛的对地观测系统，本文简要介绍了机载LIDAR系统及其测量原理，并重点综述了机载LIDAR的应用现状最后对其发展趋势进行了展望。 关键字：激光；激光器；激光技术；激光雷达 一、机载LIDAR的技术原理 机载激光雷达（Light Detection And Ranging，LIDAR）是将激光用于回波测距和定向，并通过位置、径向速度计物体反射特性等信息来识别目标。它体现了特殊的发射、扫描、接收和信号处理技术。机载激光雷达技术起源于传统的工程测量中的激光测距技术，是传统雷达技术与现代激光技术结合的产物，是遥感测量领域的一门新兴技术。 自20世纪60年代末世界第一部激光雷达诞生以来，机载激光雷达技术作为一种重要的航空遥感技术，已经被越来越多的学者所关注。迄今为止，机载激光雷达的研究与应用均取得了相当大的进展，虽然机载激光雷达无法完全取代传统的航空摄影测量作业方式，但可以预见，在未来的航空遥感领域，机载激光雷达将成为主流之一。进入90年代，机载激光雷达系统进入实用化阶段，并成为雷达遥感发展的重要方向之一。机载LIDAR系统是一款高速度、高性能、长距离的航空测量设备，该系统由激光测高仪、GPS定位装置、IMU（惯性制导仪）和高分辨率数码照相机组成，实习对目标的同步测量。测量数据通过特定方程解算处理，生成高密度激光点云数值，为地形信息的提取提供精确的数据源。其应用已超出传统测量，遥感，以及近景测量所覆盖的范围，成为一种独特的数据获取方式。 与普通光波相比，激光具有方向性好、单色性好、相干性好等特点，不易受大气环境和太阳光线的影响。使用激光进行距离测量可大大提高了数据采集的可靠性抗干扰能力。当来自激光器的激光射到一个物体的表面时，只要不存在方向反射，总会有一部分光会反射回去，成为回波信号，被系统的接收器所接收，当仪器计算出光由激光器射出返回到接收器的时间为2t后，那么，激光器到反射物体的距离d=光速c×t\2 。 在机载激光雷达系统中，利用惯性导航系统获得飞行过程中的3个方位角 （ψωκ），通过全球定位系统（GPS）获取激光扫描仪中心坐标（x y z），最后利用激光扫描仪获取到激光扫描仪中心至地面点的距离D，由此可以计算出此刻地面上相应激光点（X Y Z）的空间坐标。 假设三维空间中一点的坐标已知，求出改点到地面上某一待定点P（XYZ）的向量，则P点的坐标就可以由加得到。其中点为遥感器的投影中心，其坐标可利用动态差分GPS求出，向量的模是由激光测距系统测定的机载激光测距仪的投影中心到地面激光脚点间的距离，姿态参数可以利用高精度姿态测量装置（INS）进行测量获得的。 利用机载LIDAR系统进行测高作业，根据不同的航高作业，根据不同的航高，其平面精度可以达到0.15至1米，高程精度可达10cm至30cm，地面分辨率甚至可达到厘米级。可以说，机载LIDAR系统是为综合航射影像和空中数据定位二设计的新技术
机载LIDAR系统的原理及结构 机载激光雷达(LiDAR)技术，是一种通过位置、距离、角度等观测数据直接获取对象表面点的三维坐标，实现地表信息提取和三维场景重建的对地观测技术。机载激光雷达系统集成了GPS、IMU、激光扫描仪、数码相机等光谱成像设备。 其中主动传感系统(激光扫描仪)利用返回的脉冲可获取探测目标高分辨率的距离、坡度、粗糙度和反射率等信息，而被动光电成像技术(数码相机)可获取探测目标的数字成像信息，经过地面的信息处理而生成逐个地面采样点的三维坐标，最后经过综合处理而得到沿一定条带的地面区域三维定位与成像结果，如高密度点云数据、高分辨率数字正射影像DOM、各种数字地形模型DTM、表面模型DSM、大比例尺地形图DLG等，并且利用激光LIDAR的高密度点云所形成的数字地表模型经过一定的加工可以制作真正在国土、规划和城市建设管理、以及数字城市建设中可以应用的3D电子沙盘。 传统的航空摄影测量制作技术主要依靠空中三角立体测量技术,依赖航空摄影、摄影处理、地面测量(空中三角测量)、立体测量、制图过程的生产模式,周期明显太长,已经无法适应当前信息社会的需要。激光雷达(Light Detection And Ranging, LiDAR)技术是现代对地观测的最新技术之一,通过位置、距离、角度等观测数据直接获取对象表面点三维坐标,对地面的探测能力有着强大的优势,具 有空间与时间分辨率高、动态探测范围大、地面基站布设少、能够部分穿越树林遮挡、直接获取真实地表的高精度三维信息等特点,是快速获取高精度地形信息的全新手段。 一、机载LIDAR系统的原理 机载 LIDAR 系统是一种集激光扫描、GPS\DGPS 和惯性导航系统三种技术于一体的系统，这三种技术的结合，可以高度精确地定位激光束打在物体上的光斑。激光本身具有非常精确的测距能力，其测距精度可达毫米级。机载激光雷达系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接受。从空中的飞行载体上对地面进行测量的原理是“双路”时间测量方法。即只需要记录激光信号从激光器发射到返回的时间，结合其他数据就可以准确的计算出地面光斑的准确的X、Y、Z坐标。
机载激光雷达测深技术及应用 海底地形是海洋基础测绘要获取的重要地理空间信息之一，在国民经济建设、海洋权益维护、国防建设和科学研究中具有重要的作用。人们通过对声、光、电、磁长期的研究后发现，声波在海水中具有光、电、磁无法比拟的优越性。迄今为止，人们所熟知的水中的各种能量辐射形式中，以声波的传播性能为最好。正是由于声波在海水中衰减小、传播距离长，因而最适合于水深测量。因此，基于声波的回声测深技术是应用最广最为成熟的水深测量技术，其中最为典型的测深设备是单波束测深仪和多波束测深系统。尤其是多波束测深系统以其高效率全覆盖的优势在水深测量中得到了越来越普遍的应用。一般而言，多波束测深系统的波束在海底的覆盖宽度是水深的 3 ～7 倍，个别系统最大可达10 倍。然而，即使是多波束测深系统具有如此之宽的覆盖测幅，在浅水区的全覆盖测量效率也是非常低的。 自从人们发现光波在海水中的最佳透光窗口后，机载激光测深技术得到了迅速的发展。美国、俄罗斯、澳大利亚、加拿大、瑞典、中国等都先后对机载激光测深技术进行了研究。其中最为成熟的机载激光测深系统是加拿大的 SHOALS 系列产品(现已升级为CZMIL) 和瑞 典的 HAWKEYE 系列产品。 机载激光测深技术是集激光、全球定位与导航、自动控制、航空、计算机等前沿技术，以直升机和固定翼飞机为平台，从空中向海面发射激光束来测量水深的海洋高新技术，属于 主动测深系统，在浅于 50m 的沿岸水域，具有无可比拟的优越性。特别是能够高效快速测 量浅海、岛礁、暗礁及船只无法安全到达的水域。其主要优点如下：( 1) 覆盖宽度不受水 深的影响，而仅仅与飞机航高和激光测深系统的宽高比有关，这一显著特点是多波束测深系 统所不具备的；( 2) 飞机速度远远快于船速，因此，机载激光测深系 统具有很好的机动性和非常高的测深效率；( 3) 机载激光测深系统目前已具有水部和 陆部同时测量的功能，即在岸线附近，测量水深的同时，还可以测量岸线附近的地形。 一、激光测深原理 机载激光测深技术是一种主动式测量技术，利用了光在海洋中传播特性。海水组成成分复杂，包括可溶有机物、无机盐、悬浮泥沙和浮游生物，这些物质对光有一定的吸收和散射作用。1963 年，Duntley S Q 和 Gilbert G D 等人在研究光波在海水中传播规律时，发现0.47-0.58 m 波段内的蓝绿光在海水中传播时衰减程度比其它波段小很多，证实了海洋中存在一个类似于大气的透光窗口。机载激光正是利用了蓝绿光在海水中传播衰减小的特性。 机载激光水下目标探测的基本原理和回声测深原理相似。机载激光雷达采用激光 器同时发射红外激光（波长 1046 μm）和蓝绿激光（波长 532 μm）。红外激光到达海面 后 反射，被激光接收器接收；而蓝绿激光由于传播衰减小到达海底后散射，被激光
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
机载激光雷达航测技术 机载三维激光雷达测量系统是一种主动航空遥感装置，是实现地面三维坐标和影像数据同步、快速、高精确获取，并快速、智能化实现地物三维实时、变化、真实形态特性再现的一种国际领先的测绘高新技术。该技术基于激光测距、GPS定位、惯导测量、及航空摄影测量原理，可以快速、低成本、高精度地获取三维地形地貌、航空数码影像等空间地理信息数据。 激光雷达工作原理图 1、机载激光雷达设备 机载激光雷达测量系统设备主要包括三大部件：机载激光扫描仪、航空数码相机、定向定位系统POS（包括全球定位系统GPS和惯性导航仪IMU）。其中机载激光扫描仪部件采集三维激光点云数据，测量地形同时记录回波强度及波形；航空数码相机部件拍摄采集航空影像数据；POS系统部件测量设备在每一瞬间的空间位置与姿态，其中GPS确定空间位置，IMU
惯导测量仰俯角、侧滚角和航向角数据。 机载激光雷达设备主要构成 天宝公司Harrier 68i是当今世界最强性能水平的全新一代机载三维激光雷达系统之一，在系统稳定性、硬件性能指标、软件配套等方面领先于其它同类产品。 Harrier 68i机载激光雷达测量系统 该设备具有以下特点： 能够接收无穷次回波的全波形数据 最大脉冲频率可高达40万赫兹 距离精度最高可为±2 cm 实现与GPS、INS、数码相机等设备无缝结合
符合激光安全标准，允许在任何高度进行安全操作 IMU惯导仪的采样频率高达200Hz 集成高精度航空数码相机，像素为6000万 2、生产流程 机载激光雷达航测作业的生产环节，主要包括航飞权申请、航摄设计、航摄数据采集、数据预处理、激光数据分类、数字高程模型（DEM）制作、数字正射影像（DOM）制作、建筑物三维白模生产等环节。 机载激光雷达航测工作流程 1)航摄准备。 该阶段除需进行项目所需资料的收集以及人员和设备的配备保障等各项项目准备工作外，最主要的工作是按相关规定和流程申请获得项目测区的
机载激光雷达的知识 发布日期:2009-09-04 我也要投稿! 作者:网络阅读:309 [ 字体选择：大中小 ] 机载激光雷达特点、分类及其发展 激光雷达可以按照所用激光器、探测技术及雷达功能等来分类。目前激光雷达中使用的激光 器有二氧化碳激光器，Er:YAG激光器，Nd：YAG激光器，喇曼频移Nd：YAG激光器、GaAiAs 半导体激光器、氦-氖激光器和倍频Nd：YAG激光器等。其中掺铒YAG激光波长为2微米左右，而GaAiAs激光波长则在0.8-0.904微米之间。 根据探测技术的不同，激光雷达可以分为直接探测型和相干探测型两种。其中直接探测型激 光雷达采用脉冲振幅调制技术（AM），且不需要干涉仪。相干探测型激光雷达可用外差干涉，零拍干涉或失调零拍干涉，相应的调谐技术分别为脉冲振幅调制，脉冲频率调制（FM）或混 合调制。 按照不同功能，激光雷达可分为跟踪雷达，运动目标指示雷达，流速测量雷达，风剪切探测 雷达，目标识别雷达，成像雷达及振动传感雷达。 激光雷达最基本的工作原理与无线电雷达没有区别，即由雷达发射系统发送一个信号，经目 标反射后被接收系统收集，通过测量反射光的运行时间而确定目标的距离。至于目标的径向 速度，可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以测量两个或多个距离，并计算其变化率而 求得速度，这是、也是直接探测型雷达的基本工作原理。由此可以看出，直接探测型激光雷 达的基本结构与激光测距机颇为相近，相干探测型激光雷达又有单稳与双稳之分，在所谓单 稳系统中，发送与接收信号共同在所谓单稳态系统中，发送与接收信号共用一个光学孔径。 并由发射/接收（T/R）开头隔离。T/R开关将发射信号送往输出望远镜和发射扫描系统进行 发射，信号经目标反射后进入光学扫描系统和望远镜，这时，它们起光学接收的作用。T/R 开关将接收到的辐射送入光学混频器，所得拍频信号由成像系统聚焦到光敏探测器，后者将 光信号变成电信号，并由高通滤波器将来自背景源的低频成分及本机振荡器所诱导的直流信 号统统滤除。最后高频成分中所包含的测量信息由信号和数据处理系统检出。双稳系统的区 别在于包含两套望远镜和光学扫描部件，T/R开关自然不再需要，其余部分与单稳系统的相同。 一、机载激光雷达测量系统的组成 机载激光扫描系统由空中测量平台、激光系统、姿态测量和导航系统、数码相机、计算机 及软件等组成。 1. 空中测量平台 空中测量平台是航空激光扫描测量系统进行作业的空间载体和操作平台，主要为直升飞机 或其它飞机，用来装载航空激光扫描测量系统所需要的各种仪器仪表和操作人员。 2. 姿态测量和导航系统 GPS接收机、IMU惯性制导仪、导航计算机构成了姿态测量和导航系统。GPS接收机采用差 分定位技术确定平台的坐标。IMU惯性制导仪测量航飞平台的姿态，用于对发射激光束角度 的校正以及地面图像的纠正。 GPS接收机可为飞机提供导航，应能用图文方式向飞行员和系统操作员提供飞机现在的状态，即飞机现在离任务航线起点终点的距离、航线横向偏差、飞行速度、航线偏离方向、航 线在测区中的位置。系统应能处理区域测量也能处理带状测量。
机载激光雷达系统在测绘领域的应用 摘要：本文通过对国内外机载激光雷达的发展现状进行了分析,结合本单位激光雷达的实际应用和其特点,介绍了其在测绘等行业的应用,阐述了其对测绘领域带来的巨大变革和广阔前景。 关键词：4D测绘产品机载激光雷达激光点云 机载激光雷达系统（Light Detection And Ranging，简称LIDAR）是集全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（IMU）、激光扫描系统、航空摄影系统的快速测量系统。它能够大面积、高分辨率、快速准确地获取地表各类地理信息，可实时快速获取高精度点云数据、数字地面模型（DTM）、数字表面模型（DSM）以及测区高程等数据成果。被测绘界认为是继全球定位系统（GPS）之后的重大技术革命，是当前测绘科技发展的国际前沿。 本文结合作者单位拥有的徕卡公司最新的ALS60机载激光雷达系统系统在测绘生产领域多个项目的实际应用情况，介绍了其对测绘领域带来的巨大变革和广阔前景。 国内外机载激光雷达的发展现状 机载激光雷达测量技术发展已经有二十余年的历史,从早期的美国宇宙航天激光测距到德国诞生的世界上第一个商用样机激光断面测量系统，发展到近些年来随着当今科技技术日新月异的进步，激光雷达系统更是得到了迅猛的发展，其在测绘市场的市场份额逐年快速增长。目前，全球已经有众多的商用系统在使用，如TopScan、Optech、Top Eye、Saab、Fli-map 、TopoSys、Hawk2Eye 等多种实用系统。具有代表性的系统主要有：德国IGI和奥地利RIGEL公司联合制的Lite Maper6800，美国alpha的SHOLAS和加拿大OPTECH的ALTM3100T，德国TopoSys的Falcon，以及美国Leica公司的Leica ALS50/60等。 上世纪90年代中后期至今，美国、德国、加拿大等国家，先后成功应用这项技术进行了地形测量、森林资源调查与评估、三维城市建模等试验与工程实践。特别是在芬兰和德国的应用更为广泛。 国内在地面三维激光扫描系统、车载激光雷达系统方面已有相关产品投入实际生产应用。但在机载激光雷达技术的硬件研究制造上国内外差距较大，现有技术基础比较薄弱。虽有原理样机的研制，但距实用化尤其是形成产品尚有一段距离。所以至今国内还没有成熟的机载激光雷达系统出现。 机载激光雷达在测绘等领域的应用 1. 机载激光雷达测量技术主要特点和性能
激光雷达技术与传统航测遥感技术的比较 发表时间：2018-01-26T15:23:00.540Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第25期作者：唐玉姣[导读] 本文介绍了激光雷达技术的基本原理、生产应用领域与较于传统摄影测量技术的优势。 上海市测绘院 200063 摘要：过去很长的一段时间，三维空间数据的取得都是依靠光学摄影机或数码相机，而激光雷达技术则是可以多次向目标测量物发射探测信号获取目标数据，测量更加高效和准确。航空摄影测量和激光雷达技术都被广泛的应用于基础测绘、三维重建、数字城市建设等领域。本文介绍了激光雷达技术的基本原理、生产应用领域与较于传统摄影测量技术的优势。关键词：机载雷达；激光扫描；航空摄影测量；遥感技术激光雷达（LiDAR）技术是1970年以后由美国航天局研发推广的一种先进技术，它是利用传感器向目标探测物发射激光，再将信息发射给传感器的一种技术。激光雷达（LiDAR）技术一般分为地面激光雷达和机载激光雷达两种，机载激光雷达是刚兴起不久的一种依靠飞机对地表物体进行测量的高新技术，在多等级三维空间信息的获取领取有着不可取代的领先地位，受到各个相关领域专家的青睐，如测绘、道路工程、水利等领域。提到高精度的数字地面模型DTM的建立，激光雷达技术比传统数字摄影测量技术更占上风，优势体现在自动化程度高、不受外界环境干扰、精度高等。尽管目前三维空间信息的取得还离不开传统的航空测量技术，但是激光雷达技术的优势在不断凸显，在不断精进的前提下，未来会是航空遥感领域的领头羊。 机载激光雷达技术在国外已经有十几年的发展历史，在我国引进这门技术以后，主要被用于地形勘测、三维城市建模等方面。由机载雷达技术获取的数据一般被称作机载LiDAR点云数据，其因为缺少探测物的光谱信息，进而不能提供有关探测物纹理和结构的信息，这和传统的遥感技术相比存在一定劣势。 介于机械雷达技术的植被穿透能力存在一定局限，在植被太多茂盛的地方，由激光感受器获取的数据庞大且复杂，需要手动对其进行分类，而数字摄影测量匹配技术就可以弥补这个缺陷。在北方一到秋天和冬天，茎秆比较高的农作物大多被农民收割或者凋落，在这段时间使用数字摄影测量匹配技术对目标物进行测量匹配，这时候获取的的地表数据比较精确，在和机载激光雷达技术获取的数据进行融合，选取合适的变量对数据进行自动筛选，不仅能提高数据处理的时效性还能提高最终数据的准确性。 三维机载激光雷达系统不仅能提供数据点的高程信息，还可以多个系统一起运作，并获取激光回波信号强度的数据。激光回波信号强度数据是对目标探测物的材质的体现，尤其反映其反射率。但是目前的激光回波信号的发射和发射均受到空气传送能力、激光穿透能力、激光扫描广度的限制，并不能准确地测量出地表物体的反射率。而且，每个激光雷达系统都有不同的记录标准。所以，激光回波信号强度数据需要经过校正。激光雷达回波强度信息的校正的最终目的是将获取的数据排除空气传送、激光穿透能力、激光扫描广度等影响因素的影响，使最终数据真实地反应地表物体的反射率信息。但是当前激光回波强度信息的校正这一难题并没有得到有效的解决。所以，目前的三维机载激光雷达技术或其他使用到激光强度信息的研究都是使用未经校正的激光回波强度数据。 目前，传感器技术、IT技术不断进步，基于测绘行业对相关技术的高要求，激光雷达技术就势产生，为测绘行业带来了更多便利。目前激光雷达技术远远优于传统的前方交会模式，是三维空间信息获取最有效的手段。机载LiDAR作为激光雷达技术的一种，相比于传统遥感系统的优势体现在以下几个方面： 1）机载LiDAR是由传感器自动获取数据的一种技术，通过传感器向目标物反射信号，然后接受反射信号，获取随时数据，不受天气状况的影响，而且是全天性观测，这些优势使其更适合用于军事或者环境勘测等领域。 2）机载LiDAR的激光束穿透能力强，不是太过浓密的植被都可以被穿透，所以，获取的信息基本能够真实地反应地表信息。 3）机载LiDAR能够勘测的范围较广，而且勘测速度很快，还是24小时实时勘测。 4）机载LiDAR技术的采样间距较传统的测量技术更小，得到的信息更能感应代表真实情况，密度大。 5）机载LiDAR技术不仅可以和传统数字摄影测量技术结合，还可以和其它三维空间技术融合，从而获取更准确的信息作为实验研究的数据。 但是，机载LiDAR在取得地表目标物三维数据的时候会受到数据获取手段的限制。首先，仅靠机载LiDAR技术并不能获取目标勘测物的纹理信息和结构信息；再次，通过机载LiDAR技术获取的激光点云数据是间断、无序、分布不均的。所以，仅靠机载LiDAR技术获取的地表三维数据精确度并不是最高的。 传统的摄影测量技术和遥感技术在纹理信息、结构信息和光谱信息的获取方面远远优于机载LiDAR技术。但是这两种传统技术也存在较大的弊端：首先，传统方法获取的信息大多是二维影像，并不是直接获取三维信息；再次，传统方法获取信息时受地表勘测物地形结构和周围遮挡物的影响较大，并不能穿透遮挡物获取真实信息；最后，传统方法获取的数据一般需要手动处理，而且信息量巨大，耗费时间过长，尤其在出现“数字地球”的概念后，需要收集的数据量更加庞大，显然传统方法不能满足这种需求。 LiDAR系统主要由激光扫描仪（Laser Scannerm）、惯性测量装置（inertial measureunit，IMU）、GPS、监视及控制系统（operator display）、数码相机及其他设备组成。而传感器是LiDAR系统最重要组成部分。这些构成组件都需要高度集成，但LiDAR系统会受到自身激光测点间距、飞行器坐标等因素的影响，所以导致激光脚点坐标精确度不是很高。机载LiDAR技术的偏差分规律偏差和偶然偏差两种，规律偏差导致激光脚点坐标的偏差。规律偏差主要有：系统集成综合偏差、测量角度偏差、GPS 定位偏差、激光测量距离偏差、INS 姿态测量偏差等，如果LiDAR还是用数码相机来辅助测量，还存在相机可能产生的偏差。目前GPS 定位偏差对机载LiDAR技术的精确度影响最大，从厘米级到分米级不等。 机载LiDAR技术是24小时不间断测量，而且测量速度较快、测量成本低，所以受到测绘行业的普遍青睐。通过过去的测量经验总结和精度检验结果分析，得出如下结论： 1）航高高度和测量精确度呈反比例，航高越高，投射到地面的激光点的密度就会降低，这导致测量精确度降低。但是航高过低会增加投射次数，测量次数增加带来的是数据处理量的增加。所以，在实际的测量工作中，要结合目标测量物的地形状况等选择合适的航高。机载LiDAR可以达到1：5000乃至更高的精度标准。
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