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激光雷達是全國科學技術名詞審定委員會審定、公布的科技類名詞術語。

中國,從來就是一個文化底蘊極度豐富的國家,中國的文字,更是凝聚着中國的文化精魂[1]。中國最早出現的和文字相關的文化記憶就是倉頡造字,小小的文字中蘊藏了無限的文化[2],然後就出現了最初的甲骨文

名詞解釋

激光雷達(英文:Laser Radar ),是以發射激光束探測目標的位置、速度等特徵量的雷達系統。其工作原理是向目標發射探測信號(激光束),然後將接收到的從目標反射回來的信號(目標回波)與發射信號進行比較,作適當處理後,就可獲得目標的有關信息,如目標距離、方位、高度、速度、姿態、甚至形狀等參數,從而對飛機、導彈等目標進行探測、跟蹤和識別。它由激光發射機、光學接收機、轉台和信息處理系統等組成,激光器將電脈衝變成光脈衝發射出去,光接收機再把從目標反射回來的光脈衝還原成電脈衝,送到顯示器。

雷達功能

LiDAR(Light Detection and Ranging),是激光探測及測距系統的簡稱,另外也稱Laser Radar或LADAR(Laser Detection and Ranging) 。

用激光器作為發射光源,採用光電探測技術手段的主動遙感設備。激光雷達是激光技術與現代光電探測技術結合的先進探測方式。由發射系統、接收系統 、信息處理等部分組成。發射系統是各種形式的激光器,如二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器、半導體激光器及波長可調諧的固體激光器以及光學擴束單元等組成;接收系統採用望遠鏡和各種形式的光電探測器,如光電倍增管、半導體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測器件等組合。激光雷達採用脈衝或連續波2種工作方式,探測方法按照探測的原理不同可以分為米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射、熒光、多普勒等激光雷達。

構成原理

LiDAR是一種集激光,全球定位系統和慣性導航系統三種技術與一身的系統,用於獲得數據並生成精確的DEM。這三種技術的結合,可以高度準確地定位激光束打在物體上的光斑。它又分為日臻成熟的用於獲得地面數字高程模型的地形LiDAR系統和已經成熟應用的用於獲得水下DEM的水文LIDAR系統,這兩種系統的共同特點都是利用激光進行探測和測量,這也正是LiDAR一詞的英文原譯,即:LIght Detection And Ranging,縮寫為LiDAR。

激光本身具有非常精確的測距能力,其測距精度可達幾個厘米,而LIDAR系統的精確度除了激光本身因素,還取決於激光、GPS及慣性測量單元(IMU)三者同步等內在因素。隨着商用GPS及IMU的發展,通過LIDAR從移動平台上(如在飛機上)獲得高精度的數據已經成為可能並被廣泛應用。

LIDAR系統包括一個單束窄帶激光器和一個接收系統。激光器產生並發射一束光脈衝,打在物體上並反射回來,最終被接收器所接收。接收器準確地測量光脈衝從發射到被反射回的傳播時間。因為光脈衝以光速傳播,所以接收器總會在下一個脈衝發出之前收到前一個被反射回的脈衝。鑑於光速是已知的,傳播時間即可被轉換為對距離的測量。結合激光器的高度,激光掃描角度,從GPS得到的激光器的位置和從INS得到的激光發射方向,就可以準確地計算出每一個地面光斑的坐標X,Y,Z。激光束髮射的頻率可以從每秒幾個脈衝到每秒幾萬個脈衝。舉例而言,一個頻率為每秒一萬次脈衝的系統,接收器將會在一分鐘內記錄六十萬個點。一般而言,LIDAR系統的地面光斑間距在2~4m不等。

激光雷達的工作原理與雷達非常相近,以激光作為信號源,由激光器發射出的脈衝激光,打到地面的樹木、道路、橋樑和建築物上,引起散射,一部分光波會反射到激光雷達的接收器上,根據激光測距原理計算,就得到從激光雷達到目標點的距離,脈衝激光不斷地掃描目標物,就可以得到目標物上全部目標點的數據,用此數據進行成像處理後,就可得到精確的三維立體圖像。

激光雷達最基本的工作原理與無線電雷達沒有區別,即由雷達發射系統發送一個信號,經目標反射後被接收系統收集,通過測量反射光的運行時間而確定目標的距離。至於目標的徑向速度,可以由反射光的多普勒頻移來確定,也可以測量兩個或多個距離,並計算其變化率而求得速度,這是、也是直接探測型雷達的基本工作原理。

參考文獻