激光雷达是如何工作的？

Lidar(光激光探测与测距)是激光探测与测距系统的简称。

使用激光作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术和雷达技术的结合。它由发射机、天线、接收机、跟踪架和信息处理组成。发射器是各种类型的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器和波长可调的固态激光器。天线是光学望远镜；接收器采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多探测器器件等。激光雷达工作在两种模式下:脉冲或连续波。检测方法分为直接检测和外差检测。

[编辑此段]激光雷达的历史

从1839年达盖尔和尼普采拍摄第一张照片开始，利用照片制作照片平面(X，Y)的技术一直沿用至今。1901年，荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术，使得从二维照片中获取地面的三维数据(x，y，z)成为可能。一百年来，立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确、最可靠的技术，也是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。

随着科学技术的发展，计算机和高新技术的广泛应用，数字立体摄影测量逐渐发展成熟，相应的软件和数字立体摄影测量工作站在生产部门得到普及。但是，摄影测量的工作流程并没有太大的变化，比如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-测绘(DLG、DTM、GIS等)的模式。这种生产方式周期太长，无法满足当前信息社会的需求，也无法满足“数字地球”对测绘的要求。

激光雷达测绘技术，空载激光扫描技术的发展，源于1970美国国家航空航天局的研发。随着全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)的发展，实现了精确的实时定位和姿态测量。德国斯图加特大学将激光扫描技术与1988至1993的实时定位和姿态确定系统相结合，形成了空激光扫描仪(Ackermann-19)。之后空载激光扫描仪发展迅速，从1995左右开始商用。目前已有10多家厂商生产空载激光扫描仪，可供选择的型号有30多种(Baltsavia-1999)。研制空载激光扫描仪的最初目的是观测多次回波的观测值，测量地表和树顶的高度模型。由于其高度自动化和精确的观测结果，空载激光扫描仪是主要的DTM生产工具。

激光扫描法不仅是军事上获取三维地理信息的主要方式，而且通过这种方式获取的数据广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通信、防震减灾、国家重点建设工程等领域，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极其重要的原始资料，取得了显著的经济效益，显示出良好的应用前景。与传统测量方法相比，低空机载激光雷达地面三维数据获取方法具有野外成本和后处理成本低的优点。目前，用户迫切需要低成本、高密度、高速度、高精度的数字高程数据或数字地表数据，而机载激光雷达技术正好满足了这一需求，因此成为各种测量应用中的热门高新技术。

快速获取高精度数字高程数据或数字地表数据是机载激光雷达技术在诸多领域广泛应用的前提。因此，研究机载激光雷达数据的精度具有重要的理论价值和现实意义。在此背景下，国内外学者对提高机载激光雷达数据的精度做了大量的研究。

由于飞行作业是激光雷达航空测绘的第一道工序，为后续的室内数据处理提供了直接的初始数据。根据测量误差原理和制定“规范”的基本原则，要求上一工序结果所包含的误差对下一工序的影响最小。因此，研究机载激光雷达作业过程，优化作业方案设计，对提高数据质量具有重要意义。