浅析LiDAR技术的发展及其应用

刘妍　司海燕　杨金玲　曹先革　张为成

摘要：随着科技的发展，LiDAR技术逐渐被应用到涉及到测量的许多领域。由于我国激光雷达技术的研究相对较晚，因此对于LiDAR技术的了解不够具体，本文给予机载LiDAR技术的基本工作原理的详细阐述，分析了机载LiDAR技術的测量工作及其发展趋势又从应用角度对LiDAR技术进行分析研究，希望为LiDAR技术提供更多资料，

关键词：LiDAR技术；发展；应用；研究

一、LiDAR技术概述

1.LiDAR技术

LiDAR是一种将激光测距、动态GPS差分以及惯性导航姿态测定高度集成的技术，是集激光，全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）为一体的新型遥感系统，用于获得数据并生成精确的DEM。

2.LiDAR的工作原理

直接探测型雷达的基本的工作原理和无线电雷达一样，都是先由雷达发射系统向外发送一个信号，再经目标反射后被雷达的接收系统收集后，通过测量反射光的运行时间而计算目标的距离。而且还可以通过反射光的多普勒频移开确定目标的径向速度，或者是通过两个或多个距离的测量，和计算得出其变化率从而确定速度。简而言之就是在速度已知的情况下测量时间求得距离。

3.机载LiDAR技术系统的特点

机载激光雷达技术系统和机载GPS、惯性导航系统INs以及CCD相机结合，精确度更高，空间定位更准。与传统的摄影测量相比，机载LIDAR采用激光点云的地标测量，采集数据密度极大，间距在08-1.2m之间，甚至更小，对真实地面高程模型的获取更加有力。因为LiDAR的激光具有多次回波的特性，当任意一束激光找到植被时都可以通过植被的空隙将地面形成返回的高程数据，而且也可以返回叶面、枝桠、地面等多个其他回波，不仅有效克服植被自当，还能反应地面高程的真实状况。而且LiAR数据的高程精度更高，工作量更少，测制图形成更加快捷。LiDAR技术采用主动测量方式，相比传统航测方式不依赖自然光，无死角精确获取数据。

二、LiDAR技术在各国的发展过程

1.美国

1958年美国陆军成功研制一台主动式毒剂遥测仪是借助光雷达进行信息数据采集的，虽然不是激光器作为光源但是借助含磷毒剂对9，8μm波长红外线差分吸收原理的遥测仪已经开启了激光雷达研制的新里程。

20世纪70-80年代，美国陆军对光雷达的研究发展升级，计划光源为一只频率可调CO2激光器发出波长位于9-10μm波段的60条谱线的DIAL系统安装在直升机和远程有人驾驶飞。目前，激光雷达在美国陆军的远景规划中已被确定为要重点加以发展的技术之一。而且激光雷达在美国也到了应用去其他领域中。

2.英国

英国早在1970年就制成了一台光源使用红宝石激光器的激光雷达，被应用于探测飞机布洒物。该激光雷达通过飞机尾部激光束照射布洒物再用地面牛顿望远镜将反射回来光束进行收集，然后聚焦在一个光电池后把光能转化成电信号进入示波器.出波形轨迹。3.日本

日本早在1981年就建成一台米氏散射式激光雷达成为当时的世界最大LiDAR，激光器发出的激光束，瞬间能通过污染物散射测出60公里范围内的大气污染物分布状况，如污染剂的分布状况、距离、运动速度和方向等。

机中使用。

4.法国

法国研制的主动式LiDAR名是一种差分吸收激光雷达，名叫DETADIS。DETADIS的LiDAR技术系统光源是2台TEACO2激光器，可在9-11μm之间高效调谐。激光脉冲能量30mJ，接收望远镜口径160mm，重现率10Hz，光探测器为冷却状态下的HgcdTe，竖直观测角30。，观测方位角120°，灵敏度值低于毒剂的阈值，对气态毒剂的作用距离3km。

三、激光雷达技术的应用应用

1.测污的应用

随着经济的发展，环境污染日益严重，然而从根本上治理环境污染就必须探测到环境污染的源头。LiDAR激光雷达技术的在大气测污领域的应用不仅为环境治理创造了条件，也为大气测污，需找污染源提供了便利。借助LiDAR发出激光并将这些特定波长的光束射向大气，与大气中的污染物接触并发生作用，形成一束反射光，被接收装置探测后获取污染物的相关信息。LiDAR激光雷达技术探测大气中的污染物是借助主动方式的遥感探测，不仅可以对某一地区的大气进行随时监测，还可以对空气污染情况进行跟踪探测。激光雷达还能探测排污染物的具体位置和污染物的成分，大气污染治理部门根据这些数据采取与之相对应的治理策略。

2.军事探测的应用

在军事上，对付敌化学生物袭击的最重要措施之一是迅速发现化生战剂的存在，以便及时地采取各种相应的防护，而用激光雷达技术进行探测，由于其探测距离远、获得结果快速和手续简便，使它远远胜过其他任何一种常规的生化战剂的检测方法。紧凑LiDAR激光雷达的另一功能是进行地形跟踪和目标确定，这要求系统能实现处理飞机前方地形的回波，以产生飞行控制指令。endprint