激光(guang)雷達是(shi)一(yi)種可以準確、快(kuai)速獲取地(di)面(mian)或大氣三維空間信(xin)息(xi)(xi)的(de)主動探測(ce)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)，應用范圍和發展(zhan)前景十分廣闊。以往的(de)傳感(gan)器只(zhi)能獲取目(mu)標的(de)空間平面(mian)信(xin)息(xi)(xi)，需要通過同軌(gui)、異軌(gui)重(zhong)疊成像等技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)來獲取三維高(gao)程信(xin)息(xi)(xi)，這些方法(fa)與(yu)LiDAR技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)相比，不但測(ce)距精(jing)度低，數據處理也比較復雜。正因為(wei)如(ru)此(ci)，LiDAR技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)與(yu)成像光(guang)譜、合(he)成孔(kong)徑雷達一(yi)起被列為(wei)對地(di)觀測(ce)系統(tong)計劃(hua)中核心(xin)的(de)信(xin)息(xi)(xi)獲取與(yu)處理技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)。激光(guang)雷達是(shi)將激光(guang)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)、高(gao)速信(xin)息(xi)(xi)處理技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)、計算(suan)機技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)等高(gao)新技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)相結合(he)的(de)產(chan)物。
一、激光雷達的工作原理 

激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)雷(lei)達(da)(da)系統，是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)主動傳感(gan)器，所形(xing)成的數據是(shi)點云形(xing)式。其工(gong)(gong)作光(guang)(guang)譜段(duan)在紅外(wai)到(dao)紫外(wai)之間，主要發(fa)射機(ji)、接收(shou)機(ji)、測(ce)量(liang)控制和電源(yuan)組成。工(gong)(gong)作原理為：首先(xian)向被(bei)測(ce)目(mu)標發(fa)射一(yi)(yi)束激光(guang)(guang)，然后測(ce)量(liang)反射或(huo)散射信(xin)號到(dao)達(da)(da)發(fa)射機(ji)的時間、信(xin)號強弱(ruo)程度(du)(du)(du)和頻率變化等參數，從而(er)確定被(bei)測(ce)目(mu)標的距離、運動速(su)度(du)(du)(du)以及方位(wei)。除(chu)此之外(wai)，還可以測(ce)出大氣(qi)中肉眼看不到(dao)的微粒(li)的動態(tai)等情況。激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)的作用就(jiu)是(shi)準確測(ce)量(liang)目(mu)標的位(wei)置（距離與(yu)角度(du)(du)(du)）、形(xing)狀（大小(xiao)）及狀態(tai)（速(su)度(du)(du)(du)、姿態(tai)），從而(er)達(da)(da)到(dao)探(tan)測(ce)、識別、跟蹤目(mu)標的目(mu)的。

普通激(ji)光雷達光學掃(sao)描器部分

二、激光雷達的現狀及應用 

激(ji)光(guang)技(ji)術從它的(de)(de)問世到現在，雖然時(shi)間不長(chang)，但是由于(yu)它有：高亮度性(xing)、高方向性(xing)、高單色性(xing)和高相干(gan)性(xing)等幾個有價(jia)值的(de)(de)特點，因而在國防軍事、工(gong)農業生(sheng)產(chan)、醫學衛生(sheng)和科(ke)學研究等方面(mian)都(dou)有廣泛的(de)(de)應用(yong)。LiDAR技(ji)術在西方國家(jia)發展相對成熟，已經投入商業運行的(de)(de)激(ji)光(guang)雷(lei)達系統(tong)（主要指機載）主要有Optech（加拿大）、TopSys（法國）和Leica（美國）等公司的(de)(de)產(chan)品(pin)。 

1.軍(jun)事方(fang)面的應用 
目(mu)前，在水(shui)雷探測激(ji)(ji)光(guang)雷達、化學試(shi)劑探測激(ji)(ji)光(guang)雷達、大(da)氣監測激(ji)(ji)光(guang)雷達、生(sheng)化陸戰激(ji)(ji)光(guang)雷達等方面已經(jing)有(you)了很大(da)的(de)成就。另外，中國的(de)攻擊激(ji)(ji)光(guang)雷達已經(jing)相(xiang)當的(de)先進(jin)，包含著五大(da)核(he)心技(ji)術(shu)：激(ji)(ji)光(guang)材(cai)(cai)料研(yan)究(jiu)(jiu)的(de)突(tu)破、激(ji)(ji)光(guang)輻(fu)射材(cai)(cai)料物理機理及(ji)成像(xiang)圖(tu)譜研(yan)究(jiu)(jiu)的(de)突(tu)破、一次性快速跟蹤(zong)定位控制(zhi)技(ji)術(shu)的(de)突(tu)破、高(gao)密度能量可逆轉換載體(ti)材(cai)(cai)料的(de)突(tu)破、激(ji)(ji)光(guang)成像(xiang)技(ji)術(shu)的(de)突(tu)破。 

2.測風方(fang)面的應用 
多(duo)普勒測風激光(guang)雷(lei)達具(ju)有高(gao)分(fen)辨率、高(gao)精度、大探測范圍、能提(ti)供晴空條件(jian)下三(san)維風場信(xin)息的(de)(de)能力(li)。多(duo)普勒測風激光(guang)雷(lei)達利(li)用光(guang)的(de)(de)多(duo)普勒效應，測量激光(guang)光(guang)束在大氣(qi)中傳輸及(ji)其回波信(xin)號的(de)(de)多(duo)普勒頻移來反(fan)演(yan)空間風速分(fen)布。主要有相干（外差(cha)）探測和非相干（直接）探測兩種方(fang)式。 

3.氣象方(fang)面的(de)應用：我(wo)國(guo)已經建立12個沙(sha)(sha)塵(chen)暴(bao)長(chang)期觀測站，形成(cheng)全國(guo)性的(de)沙(sha)(sha)塵(chen)暴(bao)監測網絡(luo)。可(ke)以通過先進的(de)觀測、模擬和衛星遙(yao)感的(de)聯(lian)合研究(jiu)，查明中國(guo)沙(sha)(sha)塵(chen)暴(bao)發(fa)生的(de)確(que)切源地，科學地分辨氣象、氣候條(tiao)件變化(hua)等自然因素和沙(sha)(sha)漠化(hua)土地增(zeng)加等人為因素對沙(sha)(sha)塵(chen)暴(bao)的(de)影響，為準確(que)預警、預報沙(sha)(sha)塵(chen)暴(bao)，制(zhi)定防治計劃提供科學依據。 

4.醫學方(fang)面的應用 
美(mei)國能源部所屬(shu)的(de)Oak Ridge國家實驗室(shi)開發(fa)出一種集(ji)成了激(ji)光(guang)和雷達系統(tong)的(de)系統(tong)，這(zhe)種系統(tong)可以(yi)減輕燒(shao)傷病(bing)人的(de)痛苦。研究人員希望(wang)這(zhe)種同頻連續波激(ji)光(guang)雷達映射系統(tong)，可以(yi)從病(bing)人身體上(shang)去(qu)除(chu)壞死的(de)皮膚和肌肉。這(zhe)種新系統(tong)可以(yi)對燒(shao)傷病(bing)人的(de)體表(biao)組(zu)(zu)織(zhi)進行三維的(de)激(ji)光(guang)雷達定(ding)位(wei)探測，以(yi)確定(ding)損害程度。利用探測定(ding)位(wei)結果，激(ji)光(guang)可以(yi)自(zi)動除(chu)去(qu)壞死的(de)組(zu)(zu)織(zhi)以(yi)利于新組(zu)(zu)織(zhi)生長。 

5.水土保持監測中(zhong)的應用 
目前，全國由于(yu)建(jian)設開(kai)(kai)發(fa)的(de)(de)影響，給水(shui)土(tu)(tu)流(liu)失治理帶來很(hen)大(da)的(de)(de)難(nan)度，據調查(cha)，全國每(mei)年由于(yu)開(kai)(kai)發(fa)建(jian)設使水(shui)土(tu)(tu)流(liu)失面(mian)積(ji)達到(dao)1.00×104平方千米由以上(shang)。由于(yu)激光雷達在(zai)測(ce)量(liang)精(jing)度上(shang)比(bi)傳統方法測(ce)量(liang)結果要(yao)精(jing)細許多，更(geng)真實、可(ke)信；而且(qie)，可(ke)詳細反映所(suo)測(ce)場地的(de)(de)形態，輕松實現(xian)三維建(jian)模，從(cong)而實現(xian)了非接觸式測(ce)量(liang)，大(da)大(da)減少了外業工作(zuo)量(liang)，降低(di)了外業危險；并且(qie)可(ke)對開(kai)(kai)挖邊坡(po)、崩崗、山體滑坡(po)等(deng)許多形式的(de)(de)水(shui)土(tu)(tu)流(liu)失進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)，使傳統水(shui)土(tu)(tu)保持走上(shang)“精(jing)耕細作(zuo)”之(zhi)路。 

三、激光雷達的發展趨勢 

1.星載激光雷(lei)達 
星(xing)(xing)載(zai)LiDAR以衛星(xing)(xing)作(zuo)為平臺，其運行(xing)軌(gui)道高、觀(guan)(guan)(guan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)范圍廣、觀(guan)(guan)(guan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)速度(du)快，受地(di)面(mian)背景、天(tian)空背景影響(xiang)小，具(ju)有高分(fen)(fen)辨率、高靈敏度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)特點(dian)，幾乎可以觸及(ji)(ji)世界的(de)(de)(de)(de)(de)每一個角(jiao)落(luo)，為三維控制點(dian)和(he)數字地(di)面(mian)模型(xing)（DEM）的(de)(de)(de)(de)(de)獲取提供(gong)了新的(de)(de)(de)(de)(de)途徑，在國防或是科學(xue)研究(jiu)等(deng)(deng)領域都具(ju)有十(shi)分(fen)(fen)重(zhong)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)價值(zhi)和(he)研究(jiu)意義。星(xing)(xing)載(zai)LiDAR還具(ju)有觀(guan)(guan)(guan)察整個天(tian)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)能力，實現(xian)天(tian)體(ti)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)繪(hui)、全(quan)球信息采集、全(quan)球環境監測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)、農業林業資源調查(cha)、大(da)氣(qi)(qi)結構成分(fen)(fen)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量等(deng)(deng)。此外，星(xing)(xing)載(zai)LiDAR在植(zhi)被垂直分(fen)(fen)布測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量、海面(mian)高度(du)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量、云層(ceng)和(he)氣(qi)(qi)溶膠垂直分(fen)(fen)布測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量以及(ji)(ji)特殊氣(qi)(qi)候現(xian)象(xiang)監測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)等(deng)(deng)方(fang)面(mian)也可以發揮重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。目前，國際上發展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)星(xing)(xing)載(zai)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)(da)有：美國的(de)(de)(de)(de)(de)NASA/LaRC星(xing)(xing)載(zai)差分(fen)(fen)吸(xi)收雷(lei)達(da)(da)、月球觀(guan)(guan)(guan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)Clementine系(xi)(xi)統(tong)、火星(xing)(xing)勘探者(zhe)的(de)(de)(de)(de)(de)MOLA-2系(xi)(xi)統(tong)、觀(guan)(guan)(guan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)空間(jian)小行(xing)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)NRL系(xi)(xi)統(tong)、地(di)球觀(guan)(guan)(guan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)的(de)(de)(de)(de)(de)GLAS系(xi)(xi)統(tong)、后向散射(she)雷(lei)達(da)(da)ATLID。研究(jiu)和(he)解決星(xing)(xing)載(zai)Li-DAR的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵技(ji)術，建立起自己(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)星(xing)(xing)載(zai)LiDAR系(xi)(xi)統(tong)，將會是我(wo)國激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)發展(zhan)方(fang)向。 

2.戰場(chang)偵(zhen)察激(ji)光雷達 
激光雷達(da)有(you)可(ke)能成為(wei)重要的(de)偵察(cha)工具(ju)和手段(duan)。美(mei)國雷西昂公(gong)司正在試驗(yan)使用GaAA激光行(xing)掃描傳感器(qi)制(zhi)造ILR100成像(xiang)激光雷達(da)，此設(she)備可(ke)以安裝在商性能飛機和無(wu)人機上(shang)，在120-460米(mi)的(de)高空(kong)執行(xing)偵查任務。偵查的(de)影像(xiang)可(ke)實時地(di)傳送到飛機上(shang)的(de)陰極射線管顯示器(qi)上(shang)或通過數據(ju)鏈路(lu)直接發(fa)送至地(di)面接受站。 

3.測風激光雷(lei)達(da) 
測定風速對研究氣候變化(hua)、提高天氣預報的(de)精度、監測機(ji)場氣流、優化(hua)飛機(ji)航線以(yi)及在軍事(shi)、火箭發(fa)射(she)等方面具有非常(chang)重(zhong)要的(de)意義。 

4.激光雷達尋的器(qi) 
激光(guang)(guang)雷達可以(yi)提供以(yi)距(ju)離(li)和(he)強(qiang)度(du)為基(ji)礎的(de)(de)高分辨率影像，使空地武器(qi)(qi)(qi)具有自主準確(que)制導能(neng)(neng)力(li)。激光(guang)(guang)雷達尋的(de)(de)器(qi)(qi)(qi)能(neng)(neng)形成目標(biao)的(de)(de)三(san)維(wei)影像，確(que)保(bao)準確(que)地識(shi)別目標(biao)。目前，美國空軍賴特實(shi)驗室與海軍聯(lian)合(he)(he)開展了一項基(ji)于固態激光(guang)(guang)雷達演示計劃，目的(de)(de)就是(shi)完成激光(guang)(guang)雷達尋的(de)(de)器(qi)(qi)(qi)和(he)自主式捕獲目標(biao)。激光(guang)(guang)雷達尋的(de)(de)器(qi)(qi)(qi)將會(hui)安裝在(zai)AGM-130、聯(lian)合(he)(he)空地遠程(cheng)導彈上，以(yi)提高自主制導的(de)(de)能(neng)(neng)力(li)和(he)打擊精度(du)。 

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