激光雷达简介

激光雷达是一种主动形式的现在的激光技术和光电探测技术的结合的产物。通过自身的激光器发射高频率的脉冲到探测物体的表面，以光电探测器为接受器件，接受被测物体表面反射的回波信息。

由于激光是主动形式的光学传感器，所有基本不受环境光照的影响，这就意味着可以在夜晚作业，一般激光雷达系统的主要由移动（固定）设备（车辆、无人机、直升机），激光扫描系统、GPS(全球定位系统)以及INS(惯性导航系统IMU)以及监视和控制系统（地面站）

激光雷达的优缺点：

优点

1.主动遥感技术

2.直接快接的获取空间三维信息。

3.视场角大比传统的摄影测量带宽更大，分辨率更高。

4.抗电磁干扰性能更强。

5.穿透性能好。由于激光的光斑比较小，可以透过植被的缝隙到达林下的地面。

缺点

1.激光容易受大气环境的影响，大雨、浓雾、浓烟等条件下激光脉冲会急剧的衰减。

2.激光扫描头比较昂贵，千米测距的都达到百万级别。

3.激光点云是离散三维点云，对于目标识别、分类方面比传统的二维影像稍逊色。

激光雷达与航空摄影测量的区别

激光测距主要是获取三维点云，摄影测量主要是影像和POS，lidar系统通过测距和导航定位定向系统直接计算出三维点云的坐标，地面控制点做的很少，但是摄影测量主要是用同名点的匹配，第一个对航向和旁向的重叠度有一定的要求，并且控制点需要一定的约束；并且摄影测量对测区的环境的光线和温度要求高，但是LIDAR系统对这些因素不敏感。

激光雷达分类

由于激光雷达已经发展多年，激光雷达被运用在各行各业，通常可根据搭载平台、探测方式及功能用途对其进行分类。

1.根据搭载平台分类

  可分为空天地三种形式的雷达。天基激光雷达主要是星载激光雷达，主要是以卫星、航天飞机、太空站等平台上的为主，特点是观测范围比较广，满足大尺度应用。空基激光雷达一般说的是机载激光雷达，主要是固定翼、直升机、无人机等航空器为平台，效率高、密度高，适合长距离线状地物目标三维信息获取；地基激光雷达主要是包括架站式、车载、船载、背包、手持激光雷达扫描仪等等，主要特点是获取的点云数据信息全面，室内室外都可以。

2.按测距模式分类

 可分为脉冲式和相位式激光雷达。脉冲式根据激光发射信号和接收信号的往返的时间差来进行测量的，主要特点是直接、测量距离长；脉冲式激光雷达利用无线电波段频率对激光光束进行幅度调制，测定调制光往返观测目标一次所产生的相位延迟，然后根据调制光波长计算此相位延迟所代表的距离，特点是量测距离短，但是频率很高，点密度高，精度也很高。

3.按激光介质分类

可分类为气体激光雷达和固体激光雷达。气体激光雷达以气体或者蒸汽为工作物质来产生激光，以CO2激光器为代表，特点是相干性好、波束窄、视场小、抗干扰能力强，同时还具有良好的大气传输性能和兼容性、使用安全等优点。固体激光雷达分为半导体激光雷达和二极管泵浦固定激光雷达，前者以激光条为基本单元，输出功率、工作电流、损耗热比较大；后者以YAC激光器为代表，采用高重复频率、高峰值功率的二极管泵浦固体激光器和高灵敏度的雪崩二极管探测管，体积小、质量轻、价格低。

4.按用途分类

可分为测距激光雷达、火控激光雷达、靶场激光雷达、跟踪识别激光雷达、侦毒激光雷达、多功能战术激光雷达、气象激光雷达、导航激光雷达等。在测绘行业一般都是使用测距激光雷达。

5.按光斑大小分类

可分为大光斑雷达和小光斑雷达。大光斑雷达通常说是指地面光斑直径超过10m的激光雷达，如星载激光雷达，这类激光雷达通常点密度很低、无法成像、但是可获取全球范围内数据，在大尺度地学应用方面优势比较明显。小光斑激光雷达，一般可以达厘米级别甚至毫米级别，发射的频率比较高，点密度和精度都很高。

6.按探测方式分类

可分为离散点云激光雷达、全波形激光雷达和光子计算激光雷达。离散激光雷达最为普遍，商业化应用比较广泛，比如：数字城市中的三维重建、无人驾驶高精地图制作、文化遗产数字化和三维重建等等，大多数基于激光雷达系统获取的点云数据。全波形激光雷达对回波进行连续采样，记录信息更为精细，能获取完整的目标垂直剖面信息。光子计数激光雷达不同于前两者，它采用高重频、微脉冲激光器和高灵敏度光子探测器，将回波信号（单光子级别）计数为光子点，优点是利用较低的激光能量即可获取远距离空间目标信息。

7.按探测对象分类

分为大气激光雷达、海洋激光雷达和陆地激光雷达。大气激光雷达的激光器发射激光脉冲与大气中气溶胶及各种成分作用后产生散射信号，探测器接收回波信号并对其进行处理分析，从而得到所需的大气物理要素，主要应用有云、气溶胶和边界层的探测，大气成分的探测和温度的探测。海洋激光雷达的工作原理为激光器发射激光束在穿透海水的时候产生各种散射和荧光，常用来探测海洋的声速、温度、盐度的分布参数和油气烃类指示物。陆地激光雷达激光脉冲主要测定激光束发射和接受反射回来的时间从而测量两点之间的距离，融合IMU得到姿态信息可以准确得到期在空间三维中的精确三维坐标。

本文主要参考《激光雷达遥感导论》作为学习激光雷达资料。