2020年智能交通系统激光雷达行业分析
2020年智能交通系统激光雷达行业分析
一、行业概况 (2)
二、行业竞争状况 (3)
1、SICK (4)
2、IBEO Automotive Systems GmbH (4)
3、Velodyne Lidar (4)
4、速腾聚创 (4)
5、禾赛科技 (5)
6、思岚科技 (5)
三、行业主要壁垒 (5)
1、技术与人才壁垒 (5)
2、资质壁垒 (6)
3、资金壁垒 (6)
4、品牌和客户资源壁垒 (7)
一、行业概况
智能交通系统（即ITS-Intelligent Transportation System）是将信息技术、计算机、数据通信、传感器、电子控制、自动控制、人工智能、运筹学等技术有效集成运用，对交通管理、交通运输、公众出行等交通领域全方位以及交通建设管理全过程进行管控支撑，使交通系统在区域、城市各时空范围内具备感知、互联、分析、预测、控制等能力，以充分保障交通安全、发挥交通基础设施效能、提升交通系统运行交流和管理水平。
智能交通行业是以智能交通系统为载体，智能交通服务为最终目标的、相互关联的增值活动企业个体所组成的企业群，其构成包括智能交通信息采集与处理设备制造商、智能交通信息服务集成商、智能交通信息服务提供商、智能交通信息通信网络运营商、智能交通信息服务和管理终端设备制造商及其软件系统开发商、交通工具生产商和政府管理部门等。其中，智能交通信息采集与处理设备是整个智能交通系统尤为重要的环节，智能交通信息采集与处理设备利用先进传感技术、电子控制技术、现代微波通信技术、嵌入式软硬件技术等，采集并处理交通基础数据，将信息按照一定的接口和编码规范输出给智能交通信息管理应用平台，为使用者和管理者提供应用依据，对智能交通系统和服务的质量起着先导作用。我国政府积极出台相关政策，快速促进智能交通行业发展。政府、行业和企业协力促进智能交通行业的技术革新、标准制定和产品研发。我国开展一系列的示范项目，
加速智能交通行业的发展。
激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速率、大小、方位等特征量的雷达系统。激光雷达具有高分辨率、隐蔽性好、抗有源干扰能力强等特点，广泛应用于测绘、工业传感和机器人等传统市场；此外，随着激光技术的不断普及和发展，激光雷达的应用领域扩展到无人驾驶、智能交通等领域。
二、行业竞争状况
激光雷达作为光电传感器之一，基于激光雷达的空间分辨率、探测灵敏度、抗干扰能力及大范围实时监测范围等特点，将广泛应用于智能交通、无人驾驶、机器人、生态环保等领域，市场规模将逐步扩大。
国外激光雷达行业起步较早，IBEO、Velodyne等国外公司经过多年的科研研究，具有行业先发优势。此外，在工业应用领域，SICK 的激光雷达产品优势明显。国内激光雷达行业随着近些年机器人等领域需求的爆发，陆续出现大量的激光雷达研发及制造企业。就现阶段国内的激光雷达市场来看，整个行业处于快速发展阶段，随着激光雷达技术的持续更迭，市场沉淀后将逐步浮现出巨头企业。
从目前的竞争格局来看，国内外激光雷达制造商主要依靠研发能力、产品化能力赢取市场。随着工业4.0及5G通信技术的科技变革，无人驾驶、机器人等领域的兴起，国内外将陆续涌现新一批激光雷达公司，行业竞争将持续加剧。
激光雷达测距原理与其应用
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 引言 (1) 1雷达与激光雷达系统 (2) 2激光雷达测距方程研究 (3) 2.1测距方程公式 (3) 2.2发射器特性 (4) 2.3大气传输 (5) 2.4激光目标截面 (5) 2.5接收器特性 (6) 2.6噪声中信号探测 (6) 3伪随机m序列在激光测距雷达中的应用 (7) 3.1测距原理 (7) 3.2 m序列相关积累增益 (8) 3.3 m序列测距精度 (8) 4脉冲激光测距机测距误差的理论分析 (9) 4.1脉冲激光测距机原理 (9) 4.2 测距误差简要分析 (10) 5激光雷达在移动机器人等其它方面中的应用 (10) 6结束语 (11) 致谢 (12) 参考文献 (12)
激光雷达测距原理与其应用 摘要:本文简单介绍激光雷达系统组成，激光雷达系统与普通雷达系统性能的对比，着重阐述激光雷达测距方程的研究。针对激光远程测距中的微弱信号检测，介绍一种基于m序列的激光测距方法，给出了基于高速数字信号处理器的激光测距雷达数字信号处理系统的实现方案，并理论分析了脉冲激光测距机的测距误差。了解并学习激光雷达在移动机器人等其它方面中的应用。 关键词：激光雷达；发射器和接收器特性; 伪随机序列; 脉冲激光；测距误差 Applications and Principles of laser radar ranging Student majoring in Optical Information Science and Technology Ren xiaonan Tutor Shang lianju Abstract:This paper briefly describes the composition of laser radar systems, laser radar system and radar system performance comparison of normal, focusing on the laser radar range equation. Laser Ranging for remote signal detection, presents a introduction of a sequence based on laser ranging method m, gives the high-speed digital signal processor-based laser ranging radar digital signal processing system implementations, and theoretical analysis of the pulse Laser rangefinder range error.We understand and learn application of Laser radar in the mobile robot and other aspects. Key words：Laser radar; Transmitter and receiver characteristics；Pseudo-random sequence；Pulsed laser；Ranging error. 引言：激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物，激光具有亮度 高、单色性好、射束窄等优点,成为光雷达的理想光源,因而它是目前激光应用主要的研究领域之一。激光雷达是一项正在迅速发展的高新技术，激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，使激光雷达成为一类具有多种功能的系统。利用激光作为遥感设备可追溯到30多年以前，从20世纪60年代到70年代，人们进行了多项试验，结果都显示了利用激光进行遥感的巨大潜力，其中包括激光测月和卫星激光测距。激光雷达测量技术是一门新兴技术，在地球科学和行星科学领域有着广泛的应用.LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)是激光探测及测距系统的简称，通常指机载对地激光测距技术，对地激光测距的主要目标是获取地质、地形、地貌以及土地利用状况等地表信息。相对于其他遥感技术，LIDAR的相关研究是一个非常新的领域，不论是在提高LIDAR数据精度及质量方面还是在丰富LIDAR数据应用技术方面的研究都相当活跃。随着LIDAR传感器的不断进步，地表采点密度的逐步提高，单束激光可收回波数目的增多，LIDAR数据将提供更为丰富的地表和地物信息。激光测距可分为星载(卫星搭载)、机载(飞机搭载)、车载(汽车搭载)以及定位(定点测量)四大类，目前激光测距仪已投入使用,激光雷达正处在试验阶段,某些激光雷达已付诸实用.本文对激光雷达的测距原理、发射器和接收器特性、束宽、大气传输以及目标截面、外差效率进行分析, 提出基于伪随机序列的激光测距技术 ,可将激光
星载大光斑激光雷达波形数据处理方法初探
星载大光斑激光雷达波形数据处理方法初探 周朗明 武汉大学遥感信息工程学院，湖北武汉 (430079) E-mail ：zlm_mj@https://www.360docs.net/doc/2011442452.html, 摘 要：激光雷达技术是近年发展十分迅速的一种新型数字传感器测图技术，在快速获取地表三维数据方面具有独特优势。商业机载LIDAR 系统提供给用户的产品一般是点云数据，实际上，波形数据能有效的表达光斑内的地物高程分布，提供更高精度的点云数据。本文以搭载在ICESat 卫星上的GLAS 传感器获取的GLA01波形数据为实验数据，对大光斑LIDAR 波形数据的格式及处理方法进行了初步探讨，提出了一种简化的针对大光斑波形数据处理的方案，实现了一种细化波峰位置的高程量化算法。 关键词：LIDAR ；波形数据；波形量化；GLAS ；ICESat 中图分类号：P231；P236；P237 1. 引 言 空载(包括机载和星载)LIDAR 技术作为一种激光测高系统，是以激光脉冲发射器作为辐射源，向植被和地表发射激光脉冲，通过记录发射信号和接收回波信号的强度信息以及发射和接收时刻的时间延迟来计算传感器和地物目标之间的距离。波形数据由时刻信息及某一时刻所接收的回波信号能量构成，对波形数据进行滤波、分解和量化等处理可得到地面目标的高程信息。从某种意义上来讲，波形数据是LIDAR 系统的原始数据，在波形数据的基础之上结合GPS/IMU 可得到精准表达地物目标三维信息的点云数据，即波形数据能提供地物目标的高程值(Z 坐标)及强度(I)，GPS/IMU 能提供地物目标在某一参考坐标系下的平面坐标(XY)。 国内外专家利用激光雷达波形数据对林业管理方面进行研究。Wenge 等研究激光波形与林冠层参数之间的关系，并指出激光波形数据对于三维林冠层结构参数的获取十分必要[1]。庞勇等对星载大光斑激光雷达波形数据(GLAS)的波形关键参数的计算进行研究[2] ，并利用我国东北地区星载激光雷达波形数据，阐述了数据预处理和波形长度计算方法，分析了东北地区波形长度的分布格局和林业应用潜力，并利用土地覆盖数据进行了验证[3]。 2. GLAS/ICESat 星载LIDAR 系统 GLAS 英文全称为Geoscience Laser Altimeter System ，国内有学者将其译为地球科学激光 高度计[4]。 GLAS 系统由美国航天局的戈达德宇航中心(NASA/GSFC)研制，采用diode pumped Q-switched Nd:YAG 激光器，该激光器能以每秒40次的频率发射两种波长的脉冲信号：1064nm 的近红外信号和534nm 的可见光信号。前者用于地表高程和密云高度的测量，后者用于测量云层和大气的垂直分布。GLAS 系统的技术指标如表1.1所示： 表1.1 GLAS 系统的技术指标 [2] Tab.1.1 Technical indexes of GLAS system 波长(nm) 脉冲重复频率(HZ) 光斑尺寸(m)光斑间隔(m) 测距精度 被测对象 532 40 70 170 云：75~200m(垂直) /150m(水平)气溶胶： 50km 云层、气溶胶1064 40 70 170 冰层/陆地：10cm 冰、陆地
2020年智能交通系统激光雷达行业分析
2020年智能交通系统激光雷达行业分析 一、行业概况 (2) 二、行业竞争状况 (3) 1、SICK (4) 2、IBEO Automotive Systems GmbH (4) 3、Velodyne Lidar (4) 4、速腾聚创 (4) 5、禾赛科技 (5) 6、思岚科技 (5) 三、行业主要壁垒 (5) 1、技术与人才壁垒 (5) 2、资质壁垒 (6) 3、资金壁垒 (6) 4、品牌和客户资源壁垒 (7)
一、行业概况 智能交通系统（即ITS-Intelligent Transportation System）是将信息技术、计算机、数据通信、传感器、电子控制、自动控制、人工智能、运筹学等技术有效集成运用，对交通管理、交通运输、公众出行等交通领域全方位以及交通建设管理全过程进行管控支撑，使交通系统在区域、城市各时空范围内具备感知、互联、分析、预测、控制等能力，以充分保障交通安全、发挥交通基础设施效能、提升交通系统运行交流和管理水平。 智能交通行业是以智能交通系统为载体，智能交通服务为最终目标的、相互关联的增值活动企业个体所组成的企业群，其构成包括智能交通信息采集与处理设备制造商、智能交通信息服务集成商、智能交通信息服务提供商、智能交通信息通信网络运营商、智能交通信息服务和管理终端设备制造商及其软件系统开发商、交通工具生产商和政府管理部门等。其中，智能交通信息采集与处理设备是整个智能交通系统尤为重要的环节，智能交通信息采集与处理设备利用先进传感技术、电子控制技术、现代微波通信技术、嵌入式软硬件技术等，采集并处理交通基础数据，将信息按照一定的接口和编码规范输出给智能交通信息管理应用平台，为使用者和管理者提供应用依据，对智能交通系统和服务的质量起着先导作用。我国政府积极出台相关政策，快速促进智能交通行业发展。政府、行业和企业协力促进智能交通行业的技术革新、标准制定和产品研发。我国开展一系列的示范项目，
激光雷达高速数据采集系统解决方案
激光雷达高速数据采集系统解决方案 0、引言 1、 当雷达探测到目标后, 可从回波中提取有关信息，如实现对目标的距离和空间角度定位,并由其距离和角度随时间变化的规律中得到目标位置的变化率，由此对目标实现跟踪; 雷达的测量如果能在一维或多维上有足够的分辨力, 则可得到目标尺寸和形状的信息; 采用不同的极化方法，可测量目标形状的对称性。雷达还可测定目标的表面粗糙度及介电特性等。接下来坤驰科技将为您具体介绍一下激光雷达在数据采集方面的研究。 1、雷达原理 目标标记： 目标在空间、陆地或海面上的位置, 可以用多种坐标系来表示。在雷达应用中, 测定目标坐标常采用极(球)坐标系统, 如图1.1所示。图中, 空间任一目标P所在位置可用下列三个坐标确定: 1、目标的斜距R； 2、方位角α；仰角β。 如需要知道目标的高度和水平距离, 那么利用圆柱坐标系统就比较方便。在这种系统中, 目标的位置由以下三个坐标来确定: 水平距离D，方位角α，高度H。 图1.1 用极(球)坐标系统表示目标位置
系统原理： 由雷达发射机产生的电磁能, 经收发开关后传输给天线, 再由天线将此电磁能定向辐射于大气中。电磁能在大气中以光速传播, 如果目标恰好位于定向天线的波束内, 则它将要截取一部分电磁能。目标将被截取的电磁能向各方向散射, 其中部分散射的能量朝向雷达接收方向。雷达天线搜集到这部分散射的电磁波后, 就经传输线和收发开关馈给接收机。接收机将这微弱信号放大并经信号处理后即可获取所需信息, 并将结果送至终端显示。 图1.2 雷达系统原理图 测量方法 1）.目标斜距的测量 雷达工作时, 发射机经天线向空间发射一串重复周期一定的高频脉冲。如果在电磁波传播的途径上有目标存在, 那么雷达就可以接收到由目标反射回来的回波。由于回波信号往返于雷达与目标之间, 它将滞后于发射脉冲一个时间tr, 如图1.3所示。 我们知道电磁波的能量是以光速传播的, 设目标的距离为 R, 则传播的距离等于光速乘上时间间隔, 即2R=ct r 或 2 r ct R
车载激光雷达测距测速原理
车载激光雷达测距测速原理 陈雷1，岳迎春2，郑义3，陈丽丽3 1黑龙江大学物理科学与技术学院，哈尔滨 (150080) 2湖南农业大学国家油料作物改良中心，长沙 (410128) 3黑龙江大学后勤服务集团，哈尔滨（150080） E-mail：lei_chen86@https://www.360docs.net/doc/2011442452.html, 摘要：本文在分析了激光雷达测距、测速原理的基础上，推导了连续激光脉冲数字测距、多普勒频移测速的方法，给出车载激光雷达基本原理图，为车载激光雷达系统测距测速提供了基本方法。 关键词：激光雷达，测距，测速 1．引言 “激光雷达”(Light Detection and Range,Lidar)是一种利用电磁波探测目标的位置的电子设备。其功能包含搜索和发现目标；测量其距离、速度、位置等运动参数；测量目标反射率，散射截面和形状等特征参数。激光雷达同传统的雷达一样，都由发射、接收和后置信号处理三部分和使此三部分协调工作的机构组成。但传统的雷达是以微波和毫米波段的电磁波作为载波的雷达。激光雷达以激光作为载波，激光是光波波段电磁辐射，波长比微波和毫米波短得多。具有以下优点[1]： (1)全天候工作，不受白天和黑夜的光照条件的限制。 (2)激光束发散角小，能量集中，有更好的分辨率和灵敏度。 (3)可以获得幅度、频率和相位等信息，且多普勒频移大，可以探测从低速到高速的目标。 (4)抗干扰能力强，隐蔽性好；激光不受无线电波干扰，能穿透等离子鞘，低仰角工作时，对地面的多路径效应不敏感。 (5)激光雷达的波长短，可以在分子量级上对目标探测且探测系统的结构尺寸可做的很小。当然激光雷达也有如下缺点： (1)激光受大气及气象影响大。 (2)激光束窄，难以搜索和捕获目标。 激光雷达以自己独特的优点，已经被广泛的应用于大气、海洋、陆地和其它目标的遥感探测中[14,15]。汽车激光雷达防撞系统就是基于激光雷达的优点，同时利用先进的数字技术克服其缺点而设计的。下面将简单介绍激光雷达测距、测速的原理，并在此基础上研究讨论汽车激光防撞雷达测距、测速的方法。 2. 目标距离的测量原理 汽车激光雷达防撞系统中发射机发射的是一串重复周期一定的激光窄脉冲，是典型的非相干测距雷达，对它的要求是测距精度高，测距精度与测程的远近无关；系统体积小、重量轻，测量迅速，可以数字显示；操作简单，培训容易，有通讯接口，可以连成测量网络，或与其他设备连机进行数字信息处理和传输。 2.1测距原理 激光雷达工作时，发射机向空间发射一串重复周期一定的高频窄脉冲。如果在电磁波传播的
激光雷达测距测速原理说课讲解
激光雷达测距测速原 理
精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 激光雷达测距测速原理 1. 激光雷达通用方程 激光雷达方程用来表示一定条件下，激光雷达回波信号的功率，其形式如下： r P 为回波信号功率，t P 为激光雷达发射功率，K 是发射光束的分布函数，12a a T T 分别是激光雷达发射系统到目标和目标到接收系统的大气透过率，t r ηη分别是发射系统和接收系统的透过率，t θ为发射激光的发散角，12R R 分别是发射系统到目标和目标到接收系统的距离，Γ为目标的雷达截面，r D 为接收孔径。 方程作用：激光雷达方程可以在研发激光雷达初期确定激光雷达的性能。其次，激光雷达方程提供了回波信号与被探测物的光学性质之间的函数关系，因此可以通过激光雷达探测的回波信号，通过求解激光雷达方程获得有关大气性质的信息。 2. 激光雷达测距基本原理 2.1 脉冲法 脉冲激光雷达测距的基本原理是，在测距点向被测目标发射一束短而强的激光脉冲，激光脉冲到达目标后会反射回一部分被光功能接收器接收。假设目标距离为L ，激光脉冲往返的时间间隔是t ，光速为c ，那么测距公式为L=tc/2。 时间间隔t 的确定是测距的关键，实际的脉冲激光雷达利用时钟晶体振荡器和脉冲计数器来确定时间t ，时钟晶体振荡器用于产生固定频率的电脉冲震荡 ?T=1/f ，脉冲计数器的作用就是对晶体振荡器产生的电脉冲计数N 。如图所示，信息脉冲为发射脉冲，整形脉冲为回波脉冲，从发射脉冲开始，晶振产生脉冲与计数器开始计数时间上是同步触发的。因此时间间隔t=N ?T 。由此可得出L=NC/2f 。 图1脉冲激光测距原理图 2.2 相位法
星载激光雷达全球海洋测深研究
星载激光雷达全球海洋测深研究 海洋水色遥感是实现全球海洋水体光学参数和颗粒物空间观测的主要手段，自1978 年第一台水色传感器(CZCS) 成功运行至今，卫星水色遥感作为全球观测系统的一个重要组成部分，在海洋初级生产力、海洋碳循环和海洋生态环境等领域发挥了重要作用。目前业务化运行的星载水色传感器均采用被动光学遥感技术，利用海水组分对太阳光的吸收和散射特性，通过测量海面向上光谱辐射，获得海水固有光学参数IOPs以及叶绿素a浓度、颗粒有机碳POC浓度和颗粒无机碳PIC浓度、悬浮物SPM浓度生物地球化学参数。 激光雷达作为一种主动光学传感器，能够进一步提高空间全球海洋观测能力，已引起了海洋光学和水色遥感领域专家的极大兴趣。目前在轨运行的星载云-气溶胶激光雷达（CALIOP) 已显示出海洋探测的潜力。与被动水色传感器相比，星载海洋激光雷达具有获取垂直剖面数据和不受大气校正影响的优点，可以工作在白天和晚上，而且能覆盖太阳高度角较低的高纬度地区。由于光波在海水中传输时衰减速度很快，海水光学性质及激光波长会显著影响激光雷达的探测深度。 文中基于激光传输过程，根据激光雷达方程和给定的激光雷达参数，对星载海洋激光雷达探测全球海洋的最优波长
和最大探测深度进行了估算。 一、探测深度全球分布 利用表1所示的海洋激光雷达参数和MODIS年平均海洋光学参数数据，文中对星载激光雷达全球海洋探测深度进行了估算。发射激光参数的设定主要考虑了人眼安全阈值，并将不同波长的单脉冲能量设定为相同数值。考虑到大气透过率受气溶胶和云的影响较大，存在较大的不确定性，这并非文中讨论的重点，因此在计算过程中将单程大气透过率假设为0.8。背景光光谱辐亮度的数值在400～600nm的可见光范围内变化较小，因此计算过程中忽略了其随波长的变化。 表1中的背景光光谱辐亮度为太阳直射时的数值，计算时假定太阳直射赤道，并考虑背景光光谱辐亮度随纬度的变
激光雷达在军事中的应用讲解
激光雷达在军事中的应用 作者 摘要：本文简要介绍激光雷达的特点、激光雷达探测的基本物理原理及其在军事领域的应用现状． 关键词：激光雷达；探测；军事应用 1.引言 激光雷达是现代激光技术与传统雷达技术相结合的产物，它像传统的微波雷达一样，由雷达向目标发射波束，然后接收目标反射回来的信号，并将其与发射信号对比，获得目标的距离、速度以及姿态等参数．但是它又不同于传统的微波雷达，它发射的不是微波束，而是激光束，使激光雷达具有不同于普通微波雷达的特点． 根据激光器的不同，激光雷达可工作在红外光谱、可见光谱和紫外光谱的波段上．相对于工作在米波至毫米波波段的微波雷达而言，激光雷达的工作波长短，是微波雷达的万分之一到千分之一，根据光学仪器的分辨率与波长成反比的原理，利用激光雷达可以获得极高的角分辨率和距离分辨率，通常角分辨率不低于0.1mrad ，距离分辨率可达0.1m , 利用多普勒效应 可以获得10m / s 以内的速度分辨率．这些指标是一般微波雷达难以达到的，因此激光雷达可获得比微波雷达清晰得多的目标图像。 激光束的方向性好、能量集中，在 20km 外，其光束也只有茶杯口大小，因而敌方难以截获，而且激光束的抗电磁干扰能力强，难以受到敌方有源干扰的影响．由于各种地物回波影响，因而在低空存在微波雷达无法探测的盲区．而对于激光雷达，只有被激光照射的目标才能产生反射，不存在低空地物回波的影响，所以激光雷达的低空探测性能好． 激光雷达体积小、重量轻，有的整套激光雷达系统的重量仅几十千克．例如为了适应海军陆战队的需要，美国桑迪亚国家实验室和伯恩斯公司都提出了手持激光雷达的设计方案．相对于重达数吨、乃至数十吨的微波雷达而言，激光雷达的机动性能显然要好得多． 任何事物都是一分为二的，激光雷达也有自身的缺陷．激光光束窄、方向性好，虽然表现出能量集中的优点，但不宜用作战场监视雷达搜索大空域．而且激光的传输受环境影响大，尤其是在雨、雪、雾的天气，激光在传输过程中的衰减更大．当然，激光在大气层外传输时不易衰减，有其得天独厚的优势．经过几十年的努力，科学家们趋利避害，已研制出多种类型的军用激光雷达． 2. 用干战场侦察的激光雷达 众所周知，普通的成像技术（如电视摄像、航空摄影及红外成像等）获得的场景图像都是反映被摄区域辐射强度几何分布的图像，而激光雷达可以通过采集方位角一俯冲角一距离一速度一强度等三维数据，再将这些数据以图像的形式显示出来，从而可产生极高分辨率的辐射强度几何图像、距离图像、速度图像等，因而它提供了普通成像技术所不能提供的信息．例如美国桑迪亚国家实验库研制的一种激光雷达，激光器功率为120MW ，显示屏幕的像素为64 X 64 元，视场内物体的图像可显示在屏幕上，每秒钟更新4 次，并用不同颜色和灰度显示物体的相对距离．这种激光雷达能对运动的装甲车辆产生实时图像，图像分辨率足以识别车辆型号． 美国雷西昂公司研制的ILR100 型砷化稼激光雷达，可安装在高性能飞机和无人机上，当飞机在120m～460m 高空飞行
大气探测激光雷达网络和星载激光雷达技术综述
大气探测激光雷达网络和星载激光雷达技术综述 摘要：大气探测激光雷达以精细的时空分辨率、髙探测精度和连续廓线数据获 取能力成为大气探测强有力的工具。通过激光雷达观测网络和星载激光雷达，可 以获得大空间尺度持续的四维大气信息，满足环境、气象和气候研究的需要。介 绍了目前存在的比较重要的激光雷达网络和航天强国的星载激光雷达计划。 关键词：大气激光雷达；网络化探测；星载探测；环境监测 引言 激光雷达具有精细的时间分辨率、优越的方向性和相干性、大的垂直探测跨度、高的探测精度和实时快速的数据获取能力，已经成为大气探测强有力的工具 可用来探测气瘠胶和云、温度、大气密度、水汽、臭氧、温室气体、风场、能见度、大气边界层等．激光雷达根据运载平台的不同，可分为地基式、车载式、船 载式、机载式、星载式激光雷达．单站的地基激光雷达、车载激光雷达、机载激 光雷达在观测范围方面都有一定的区域限制，难以进行全球范围的连续式观测。 但是在气候研究中，仅有局部的大气探测信息是远远不够的。为了适应全球气候 和环境变化对气象资料的空间分布和时间分布演变资料的迫切需求，在世界气象 组织、联合国环境署及区域性国际组织的倡导下，在全球范围内已经建立了一些 探测大气成分物理化学性质的四维分布的区域观测网络，现存比较重要的激光雷 达网包括：全球大气成分变化探测网、欧洲气溶胶研究激光雷达观测网、独联体 激光雷达网、亚洲沙尘激光雷达观测网、微脉冲激光雷达网、美国东部激光雷达 观测网等．而且，目前正在积极计划发展覆盖区域更广泛、观测内容更丰富、时 空分辨率更高的激光雷达观测网：全球大气气溶胶激光雷达观测网。 1激光雷达观测网 目前激光雷达观测网主要有：ＮＤＡＣＣ、ＥＡＲＬＩＮＥＴ、ＡＤ－ＮＥＴ、ＲＥＡＬＭ、ＭＰＬＮＥＴ、ＣＩＳ－ＬＩＮＥＴ等。激光雷达观测网可以 获得大面积的空间覆盖，获得区域和全球范围大气廊线探测数据。不同观测网成 员之间相互合作，可以对同一过程或事件（如沙尘事件、火山爆发和深林火灾等）进行不同时间、不同地点的综合观测，发现新的现象和机理。 1.1ＮＤＡＣＣ ＮＤＡＣＣ建立于１９９１年，由美国国家海洋与气候局ＮＯＡＡ的气象服 务中心和美国国家环境预报中心等组织创建，主要用于观测和研究对流层上部、 平流层、中间层的物理化学状态的变化，并评估这种变化对对流层下部以及全球 气候的影响。在这个探测网中，目前全球分布７０多个观测站点，其中有２１个 激光雷达站点，ＮＤＡＣＣ中有３０个地基激光雷达同时监测，其中有２６个分 别放在２１个激光雷达站点，另外４个在站点之间移动测量，用来验证和相互比较。主要的激光雷达技术包括瑞利散射测温技术、瑞利－拉曼散射测气溶胶和云 技术、差分吸收测臭氧技术，此外还有拉曼测水汽技术、拉曼测温技术、偏振－ 拉曼测云和气溶胶技术等。 1.2ＥＡＲＬＩＮＥＴ ＥＡＲＬＩＮＥＴ仓丨Ｊ建于２０００年，是第一个气溶胶激光雷达网，主 要目的是针对分布在欧洲大陆范围内的气溶胶提供一个全面的、定量的、具有统 计意义的数据库，监测和研究大气气溶胶的输送特征以及大气气溶胶对气候的影
激光雷达测距测速原理
激光雷达测距测速原理 1. 激光雷达通用方程 激光雷达方程用来表示一定条件下，激光雷达回波信号的功率，其形式如下： r P 为回波信号功率，t P 为激光雷达发射功率，K 是发射光束的分布函数，12a a T T 分别是激光雷达发 t θ为发r D 通过 定时间t ，时钟晶体振荡器用于产生固定频率的电脉冲震荡 ?T=1/f ，脉冲计数器的作用就是对晶体振荡器产生的电脉冲计数N 。如图所示，信息脉冲为发射脉冲，整形脉冲为回波脉冲，从发射脉冲开始，晶振产生脉冲与计数器开始计数时间上是同步触发 的。因此时间间隔t=N ?T 。由此可得出L=NC/2f 。 图1脉冲激光测距原理图 2.2 相位法
相位测距法也称光束调制遥测法，激光雷达相位法测距是利用发射的调制光和被目标反射的接受光之间光强的相位差包含的距离信息来实现被测距离的测量。回波的延迟产生了相位的延迟，测 出相位差就得到了目标距离。 假设发射处与目标的距离为D，激光速度为c，往返的间隔时间为t，则有： 图2相位法测距原理图 假设f为调制频率，N为光波往返过程的整数周期，??为总的相位差。则间隔时间t还可以 因为L 不能测得 优点：测量距离远，一般大于1000m。系统体积小，抗干扰能力强。 缺点：精度较低，一般大于1m。 激光雷达相位法测距： 优点：测量精度高。
缺点：测量距离较近，一般为一个刻度L内的距离。（300-1000m）。受激光调制相位测试精度和相位调制频率的限制，系统造价成本高。相位法测距存在矛盾：测量距离大会导致精度不高，要想提高精度测量距离又会受限（刻尺L较短）。 3.激光雷达测速基本原理 激光雷达测速的方法主要有两大类，一类是基于激光雷达测距原理实现，即以一定时间间隔连续测量目标距离，用两次目标距离的差值除以时间间隔就可得知目标的速度值，速度的方向根据距 它的 f 式中， d v< 反之0 f 移 d
无人机激光雷达扫描系统
Li-Air无人机激光雷达扫描系统 Li-Air无人机激光雷达扫描系统可以实时、动态、大量采集空间点云信息。根据用户不同应用需求可以选择多旋翼无人机、无人直升机和固定翼无人机平台，可快速获取高密度、高精度的激光雷达点云数据。 硬件设备 Li-Air无人机激光雷达系统可搭载多种类型扫描仪，包括Riegl, Optech, MDL, Velodyne等，同时集成GPS、IMU和自主研发的控制平台。 图1扫描仪、GPS、IMU、控制平台 无人机激光雷达扫描系统设备参数见表格1： 表格 1 Li-Air无人机激光雷达扫描系统 图2 八旋翼无人机激光雷达系统图3 固定翼无人机激光雷达系统 设备检校
公司提供完善的设备检较系统，在设备使用过程中，定期对系统的各个组件进行重新标定，以保证所采集数据的精度。 图1扫描仪检校前（左）扫描仪检校后（中）检校前后叠加图（右） 图4（左）为检校前扫描线：不连续且有异常抖动；图4（中）为检校后扫描线：数据连续且平滑变化；图4（右）为检校前后叠加图，红线标记的部分检校效果对比明显。 图5从左至右依次为校正前（侧视图）、校正后（侧视图）、叠加效果图图5（左）为检校前扫描线：不在同一平面；图4（中）为检校后扫描线：在同一平面；图4（右）为检校前后叠加图。 成熟的飞控团队 公司拥有成熟的软硬件团队以及经验丰富的飞控手，保证数据质量以及设备的安全性，大大节约了外业成本和时间。
图6无人机激光雷达系统以及影像系统 完善的数据预处理软件 公司自主研发的无人机系统配备有成套的激光雷达数据预处理软件Li-Air，该软件可对无人机实时传回的激光雷达数据进行航迹解算、数据生成、可视化等。 图7 Li-Air数据预处理功能 成功案例 2014年7月，本公司利用Li-Air无人机激光雷达扫描系统进行中关村软件园园区扫描项目，采集园区高清点云以及影像数据。飞行高度200m，点云密度约50点/平方米，影像地面分辨率为5cm。通过POS数据解算，完成对点云和影像数据的整合，得到地形信息和DOM等。
典型滤波器对星载高光谱分辨率激光雷达532 nm通道回波信号的影响
典型滤波器对星载高光谱分辨率激光雷达532nm 通道回波 信号的影响 余骁1，2，闵敏2，张兴赢2，孟晓阳2，邓小波1 (1.成都信息工程大学电子工程学院，四川成都610225； 2.中国气象局国家卫星气象中心，北京100081) 摘要：高光谱分辨率激光雷达(High Spectral Resolution Lidar ，HSRL)系统利用窄带滤波器将激光雷达回波信号中的大气粒子(云或气溶胶)散射和分子散射成分分开，提升了云或气溶胶光学特性的反演质量。提出了一种基于HSRL 探测原理的HSRL 回波信号模拟方法，其原理是利用CALIPSO 云/气溶胶消光系数产品和数值天气预报数据被用来仿真星载HSRL 532nm 回波信号。两种典型的窄带光谱滤波器：FPI(Fabry-P érot Interferometer)和碘吸收滤波器，作为分子通道滤波器的性能通过仿真的星载HSRL 回波信号进行分析。对三种典型：晴空、卷云、气溶胶(两层厚云)的HSRL 回波廓线进行详细的敏感分析表明碘分子吸收滤波器的性能明显优于FPI 滤波器，其中碘吸收滤波能保持可以忽略不计的相对偏差(＜4.0×10-3%)，这是由低光学厚度(＜1.0)的粒子后向散射效应引起的。但是，如果FPI 滤波器的粒子后向散射透过率能保持在10-3水平以下，其仍不失为是一个好的选择。 关键词：星载高光谱分辨率激光雷达； 仿真；回波信号；光谱滤波器中图分类号：TN958.98文献标志码：A DOI ：10.3788/IRLA201847.1230008 Effect of typical filters on return signals of spaceborne HRSL channel at 532nm Yu Xiao 1,2,Min Min 2,Zhang Xingying 2,Meng Xiaoyang 2,Deng Xiaobo 1 (1.College of Electronic Engineering,Chengdu University of Information Technology,Chengdu 610225,China; 2.National Satellite Meteorological Center,China Meteorological Administration,Beijing 100081,China) Abstract:The future high spectral resolution lidar (HSRL)system employs a narrow spectral filter to separate the particulate (cloud/aerosol)and molecular scattering components in the lidar return signals,which improves the quality of the retrieved cloud/aerosol optical properties.A simulation method of HSRL return signal based on HSRL detection principle was presented.The principle was that the CALIPSO cloud/aerosol extinction coefficient product and numerical weather forecast data were used to simulate the spaceborne HSRL 532nm return signal.The performance of two typical spectral filters,i.e.,Fabry -P érot interferometric (FPI)and iodine absorption filters,were analyzed using the simulated spaceborne HSRL return signals when they used as spaceborne HSRL molecular channel filter.The 收稿日期：2018-07-05；修订日期：2018-08-03 基金项目：国家重点研发计划(2017YFB0504001，2016YFB0500705)；国家自然科学基金(41475032，41571348，41601400，41775028)作者简介：余骁(1992-)，男，硕士生，主要从事星载激光雷达方面的研究。Email:274779518@https://www.360docs.net/doc/2011442452.html, 导师简介：张兴赢(1978-)，男，研究员，博士，主要从事卫星大气成分遥感及其应用方面的研究。Email:zxy@https://www.360docs.net/doc/2011442452.html, 1230008-1第47卷第12期 红外与激光工程2018年12月Vol.47No.12Infrared and Laser Engineering Dec.2018 万方数据
激光雷达点云数据
激光雷达点云数据 LiDAR(Light Detection and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称，另外也称Laser Radar或LADAR(Laser Detection and Ranging)，由激光雷达进行扫描所获取的数据，即为激光雷达点云数据。 激光雷达是用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成；接收系统采用望远镜和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、红外和可见光多元探测器件等组合。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法按照探测的原理不同可以分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。 激光雷达的特点: 与普通微波雷达相比,激光雷达由于使用的是激光束,工作频率较微波高了许多,因此带来了很多特点,主要有： （1）分辨率高 激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。通常角分辨率不低于0.1mard也就是说可以分辨3km距离上相距0.3m的两个目标(这是微波雷达无论如何也办不到的),并可同时跟踪多个目标；距离分辨率可达0.lm；速度分辨率能达到10m/s以内。距离和速度分辨率高,意味着可以利用距离——多谱勒成像技术来获得目标的清晰图像。分辨率高,是激光雷达的最显著的优点,其多数应用都是基于此。 （2）隐蔽性好、抗有源干扰能力强 激光直线传播、方向性好、光束非常窄,只有在其传播路径上才能接收到，因此敌方截获非常困难，且激光雷达的发射系统(发射望远镜)口径很小,可接收区域窄，有意发射的激光干扰信号进入接收机的概率极低；另外，与微波雷达易受自然界广泛存在的电磁波影响的情况不同，自然界中能对激光雷达起干扰作用的信号源不多，因此激光雷达抗有源干扰的能力很强,适于工作在日益复杂和激烈的信息战环境中。
星载激光雷达高灵敏信号探测的关键技术研究
第４１卷 第６期２０１７年１１月 激 光 技 术ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．６ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２０１７ 文章编号：１００１-３８０６（２０１７）０６-０８８１-０５ 星载激光雷达高灵敏信号探测的关键技术研究 武学英，崔健永，郑 伟，李 辰，郑永超 （北京空间机电研究所，北京１０００９４） 摘要：为了提高星载激光雷达探测灵敏度，采用高增益放大电路设计了探测电路，理论分析了探测概率、虚警率、信 噪比等指标的制约关系，对带宽、增益、阈值门限等参量进行优化设计，并进行了实验验证。结果表明，探测电路实现了 灵敏度９ｎＷ，探测概率９５％，虚警概率１０－５ ，相比国内同类产品有显著提高。这一结果对星载激光雷达的发展是有帮助的。 关键词：光电子学；灵敏度；高增益放大；星载；激光；阈值中图分类号：ＴＮ９５８．９８；ＴＮ２４７ 文献标志码：Ａ doi ：１０.７５１０／ｊｇｊｓ.ｉｓｓｎ.１００１-３８０６.２０１７.０６.０２３ Key technology on high -sensitivity detection in spaceborne laser radars WU Xueying ，CUI Jianyong ，ZHENG Wei ，LI Chen ，ZHENG Yongchao （ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ） Abstract ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆａｓｐａｃｅｂｏｒｎｅｌｉｄａｒ，ｈｉｇｈｇａｉｎａｍｐｌｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｗａｓｕｓｅｄｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓａｍｏｎｇｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ，ｆａｌｓｅａｌａｒｍｒａｔｅ，ｓｉｇｎａｌ-ｔｏ-ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏａｎｄｏｔｈｅｒｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ．Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ，ｇａｉｎ，ｔｈｒｅｓｈｏｌｄａｎｄｏｔｈｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗａｓａｌｓｏｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｉｓ９ｎＷ，ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｉｓ９５％，ａｎｄｔｈｅｆａｌｓｅ ａｌａｒｍｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｉｓ１０－５ ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｈａｓｂｅｅｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｉｓｈｅｌｐｆｕｌｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｐａｃｅｂｏｒｎｅｌｉｄａｒｓ． Key words ：ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ；ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ；ｈｉｇｈｇａｉｎａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ｓｐａｃｅｂｏｒｎｅ；ｌａｓｅｒ；ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ 作者简介：武学英（１９８６-），女，硕士，工程师，主要研究方 向为激光光电探测。 Ｅ-ｍａｉｌ：ｘｉａｏｗｕ８６５３＠１６３．ｃｏｍ收稿日期：２０１６-１２-１５；收到修改稿日期：２０１７-０４-１３ 引 言 激光雷达在对地测绘、空间对抗、大气探测等领域发挥着重要作用，是快速发展的新兴观测手段。目前制约我国星载激光雷达发展的技术环节主要体现在：长寿命、高功率激光器的研制；高灵敏度探测接收电路的研制等。空间平台的激光雷达系统中，微弱信号探测电路是系统的核心功能单元。激光高灵敏度信号探测技术，可有效缓解激光器发射功率、大口径发射／接收光学系统的压力，提高系统的探测概率和可靠性等 性能指标［１-４］ 。 由于星载激光雷达作用距离远，回波能量微弱，需要高增益电路进行小信号放大，然后才可识别和处理，因此电路增益是探测接收电路的重要参量之一。此外，由于背景光辐射噪声，探测器噪声和放大电路噪声等各种噪声的影响，微弱回波信号极易被噪声淹没，因此在微弱信号放大的同时有效地抑制噪声，才能提高 电路输出信噪比，在保证探测概率的前提下降低接收系统的虚警率，满足系统应用指标需求。 本文中结合激光雷达方程的理论分析和工程实践，基于关键技术，研究了探测电路增益、带宽、阈值电压等参量的设计方法，并进行了降噪声抗干扰设计，最后进行了联调测试及分析。 1 应用背景和任务要求 本单元应用于某卫星的激光雷达系统，探测目标为远距离的空间飞行目标，最小照射截面面积为１ｍ２ 。其激光器为激光二极管（ｌａｓｅｒｄｉｏｄｅ，ＬＤ）抽运的全固态脉冲激光光源，激光工作波长１．０６４μｍ，采用脉冲工作体制。 据点目标激光雷达方程，目标回波信号的光功率为［５］： P ｒ＝τａ２ηｒρｔP ｔA ｔA ｒｃｏｓθπΩｔ４ （１）式中，τａ为激光在大气中的单程透射率，ηｒ为光学系统的效率，ρｔ为目标的反射率，P ｔ为发射机输出的激 光功率，A ｔ为垂直于光束的目标被照面积，A ｒ为光学系统的有效接收面积，θ为发射机的发射光学系统光 万方数据
激光雷达
激光雷达技术课程报告 课程名称：激光雷达技术 班级：113121 姓名：张栋 学号：20121003790 专业：遥感科学与技术 日期: 2015 年1 月14 日
激光雷达在汽车产业和公路交通中的应用研究意义： 1.有效提高汽车的安全性能： 为保障汽车驾驶时的舒适性和安全性，世界各国对汽车防撞技术的研究和发展投入了大量的人力、物力和财力。据统计，危险境况时，如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间，则可分别减少追尾事故的30％，路面相关事故的50％，迎面撞车事故的60％，所以现代汽车安装各类雷达系统以保障行车安全。[1] 2.检测车身零部件的精度： 激光雷达的检测系统是有着诸多优点,其中包括高精度、适用能力强以及较高的可靠性,才能够飞速的发展。激光雷达的检测技术在汽车产业中可适用的项目种类较多。激光雷达系统能够用来测量较复杂位置的尺寸。例如可以测量汽车的凸轮轴、曲轴以及阀座等零部件的长度、直线度、垂直度和密度等。这些尺寸的分辨率可达到,重复的精度可达到0.2;am。 3.通过逆向设计，节约汽车生产成本： 激光雷达扫描系统的快速成型技术主要应用于样件汽车模型的制作和模具的幵发,这项技术能够较大的缩短新产品的幵发周期,降低了开发的成本,并且能够使新产品的市场竞争力得到了提高。还能够应用在汽车的零部件上,多用于分析和检验加工的工艺性能、装配性能、相关的工装模具以及测试运动特性、风洞实验和表达有限元分析结果的实体等。利用激光雷达的非接触式测量、高精度、检测速度快等特点,在汽车车身的三维检测和幵发设计过程中,激光雷达得到了广泛的应用。利用激光雷达测量得到车身的点云数据,对车身进行逆向设计,将点云数据进行预处理,然后进行曲线、曲面、实体模型的重构,最终实现车身模型重现的目的。[2] 研究现状： 一、车载激光雷达的发展历史： 20世纪60年代，以欧美和日本为代表的一些在汽车行业领先的发达国家进行研究汽车防撞雷达。由于当时技术水平的限制，加上汽车主动防御没被完全重视的原因，尽管掀起的这股研究高潮中各个研究机构和汽车制造商合作并有了一些成果，局限于微波理论和硬件的技术水平和硬件系统的成本问题，雷达很难做到结构简单、体积轻巧和价格低廉。加上车载雷达工作的环境恶劣、干扰因素较多，当时的防撞雷达研究并不很理想。