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激光雷達是一種可以準確、快速獲取地面或大氣三維空間信息的主動探測技術(shù)，應(yīng)用范圍和發(fā)展前景十分廣闊。以往的傳感器只能獲取目標的空間平面信息，需要通過同軌、異軌重疊成像等技術(shù)來獲取三維高程信息，這些方法與LiDAR技術(shù)相比，不但測距精度低，數(shù)據(jù)處理也比較復(fù)雜。正因為如此，LiDAR技術(shù)與成像光譜、合成孔徑雷達一起被列為對地觀測系統(tǒng)計劃中核心的信息獲取與處理技術(shù)。激光雷達是將激光技術(shù)、高速信息處理技術(shù)、計算機技術(shù)等高新技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。
一、激光雷達的工作原理
激光雷達是一種雷達系統(tǒng)，是一種主動傳感器，所形成的數(shù)據(jù)是點云形式。其工作光譜段在紅外到紫外之間，主要發(fā)射機、接收機、測量控制和電源組成。工作原理為：首先向被測目標發(fā)射一束激光，然后測量反射或散射信號到達發(fā)射機的時間、信號強弱程度和頻率變化等參數(shù)，從而確定被測目標的距離、運動速度以及方位。除此之外，還可以測出大氣中肉眼看不到的微粒的動態(tài)等情況。激光雷達的作用就是準確測量目標的位置（距離與角度）、形狀（大小）及狀態(tài)（速度、姿態(tài)），從而達到探測、識別、跟蹤目標的目的。
普通激光雷達光學(xué)掃描器部分
二、激光雷達的現(xiàn)狀及應(yīng)用
激光技術(shù)從它的問世到現(xiàn)在，雖然時間不長，但是由于它有：高亮度性、高方向性、高單色性和高相干性等幾個有價值的特點，因而在國防軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生和科學(xué)研究等方面都有廣泛的應(yīng)用。LiDAR技術(shù)在西方國家發(fā)展相對成熟，已經(jīng)投入商業(yè)運行的激光雷達系統(tǒng)（主要指機載）主要有Optech（加拿大）、TopSys（法國）和Leica（美國）等公司的產(chǎn)品。
1.軍事方面的應(yīng)用
目前，在水雷探測激光雷達、化學(xué)試劑探測激光雷達、大氣監(jiān)測激光雷達、生化陸戰(zhàn)激光雷達等方面已經(jīng)有了很大的成就。另外，中國的攻擊激光雷達已經(jīng)相當?shù)南冗M，包含著五大核心技術(shù)：激光材料研究的突破、激光輻射材料物理機理及成像圖譜研究的突破、一次性快速跟蹤定位控制技術(shù)的突破、高密度能量可逆轉(zhuǎn)換載體材料的突破、激光成像技術(shù)的突破。
2.測風(fēng)方面的應(yīng)用
多普勒測風(fēng)激光雷達具有高分辨率、高精度、大探測范圍、能提供晴空條件下三維風(fēng)場信息的能力。多普勒測風(fēng)激光雷達利用光的多普勒效應(yīng)，測量激光光束在大氣中傳輸及其回波信號的多普勒頻移來反演空間風(fēng)速分布。主要有相干（外差）探測和非相干（直接）探測兩種方式。
3.氣象方面的應(yīng)用：我國已經(jīng)建立12個沙塵暴長期觀測站，形成全國性的沙塵暴監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)?？梢酝ㄟ^先進的觀測、模擬和衛(wèi)星遙感的聯(lián)合研究，查明中國沙塵暴發(fā)生的確切源地，科學(xué)地分辨氣象、氣候條件變化等自然因素和沙漠化土地增加等人為因素對沙塵暴的影響，為準確預(yù)警、預(yù)報沙塵暴，制定防治計劃提供科學(xué)依據(jù)。
4.醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用
美國能源部所屬的Oak Ridge國家實驗室開發(fā)出一種集成了激光和雷達系統(tǒng)的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以減輕燒傷病人的痛苦。研究人員希望這種同頻連續(xù)波激光雷達映射系統(tǒng)，可以從病人身體上去除壞死的皮膚和肌肉。這種新系統(tǒng)可以對燒傷病人的體表組織進行三維的激光雷達定位探測，以確定損害程度。利用探測定位結(jié)果，激光可以自動除去壞死的組織以利于新組織生長。
5.水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用
目前，全國由于建設(shè)開發(fā)的影響，給水土流失治理帶來很大的難度，據(jù)調(diào)查，全國每年由于開發(fā)建設(shè)使水土流失面積達到1.00×104平方千米由以上。由于激光雷達在測量精度上比傳統(tǒng)方法測量結(jié)果要精細許多，更真實、可信；而且，可詳細反映所測場地的形態(tài)，輕松實現(xiàn)三維建模，從而實現(xiàn)了非接觸式測量，大大減少了外業(yè)工作量，降低了外業(yè)危險；并且可對開挖邊坡、崩崗、山體滑坡等許多形式的水土流失進行測量，使傳統(tǒng)水土保持走上“精耕細作”之路。
三、激光雷達的發(fā)展趨勢
1.星載激光雷達
星載LiDAR以衛(wèi)星作為平臺，其運行軌道高、觀測范圍廣、觀測速度快，受地面背景、天空背景影響小，具有高分辨率、高靈敏度的特點，幾乎可以觸及世界的每一個角落，為三維控制點和數(shù)字地面模型（DEM）的獲取提供了新的途徑，在國防或是科學(xué)研究等領(lǐng)域都具有十分重大的應(yīng)用價值和研究意義。星載LiDAR還具有觀察整個天體的能力，實現(xiàn)天體測繪、全球信息采集、全球環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)林業(yè)資源調(diào)查、大氣結(jié)構(gòu)成分測量等。此外，星載LiDAR在植被垂直分布測量、海面高度測量、云層和氣溶膠垂直分布測量以及特殊氣候現(xiàn)象監(jiān)測等方面也可以發(fā)揮重要作用。目前，國際上發(fā)展的星載激光雷達有：美國的NASA/LaRC星載差分吸收雷達、月球觀測Clementine系統(tǒng)、火星勘探者的MOLA-2系統(tǒng)、觀測空間小行星的NRL系統(tǒng)、地球觀測的GLAS系統(tǒng)、后向散射雷達ATLID。研究和解決星載Li-DAR的關(guān)鍵技術(shù)，建立起自己的星載LiDAR系統(tǒng)，將會是我國激光雷達的重要的發(fā)展方向。
2.戰(zhàn)場偵察激光雷達
激光雷達有可能成為重要的偵察工具和手段。美國雷西昂公司正在試驗使用GaAA激光行掃描傳感器制造ILR100成像激光雷達，此設(shè)備可以安裝在商性能飛機和無人機上，在120-460米的高空執(zhí)行偵查任務(wù)。偵查的影像可實時地傳送到飛機上的陰極射線管顯示器上或通過數(shù)據(jù)鏈路直接發(fā)送至地面接受站。
3.測風(fēng)激光雷達
測定風(fēng)速對研究氣候變化、提高天氣預(yù)報的精度、監(jiān)測機場氣流、優(yōu)化飛機航線以及在軍事、火箭發(fā)射等方面具有非常重要的意義。
4.激光雷達尋的器
激光雷達可以提供以距離和強度為基礎(chǔ)的高分辨率影像，使空地武器具有自主準確制導(dǎo)能力。激光雷達尋的器能形成目標的三維影像，確保準確地識別目標。目前，美國空軍賴特實驗室與海軍聯(lián)合開展了一項基于固態(tài)激光雷達演示計劃，目的就是完成激光雷達尋的器和自主式捕獲目標。激光雷達尋的器將會安裝在AGM-130、聯(lián)合空地遠程導(dǎo)彈上，以提高自主制導(dǎo)的能力和打擊精度。
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