激光雷达的多回波原理及应用
激光雷达应用
激光雷达具备独特的优点，如极高的距离分辨率和角分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强、比微波雷达的体积和重量小等。
这使得激光雷达能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。
自1961年科学家提出激光雷达的设想，历经 40余年，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，进而研发出不同用途的激光雷达，如精密跟踪激光雷达、侦测激光雷达、侦毒激光雷达、靶场测量激光雷达、火控激光雷达、导弹制导激光雷达、气象激光雷达、水下激光雷达、导航激光雷达等。
激光雷达已成为一类具有多种功能的系统。
目前，激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学和生物战剂探测和水下目标探测等军事领域方面已进入实用阶段，其它军事应用研究亦日趋成熟。
它在工业和自然科学领域的作用也日益显现出来。
一、军事领域应用侦察用成像激光雷达激光雷达分辨率高，可以采集三维数据，如方位角-俯仰角-距离、距离-速度-强度，并将数据以图像的形式显示，获得辐射几何分布图像、距离选通图像、速度图像等，有潜力成为重要的侦察手段。
美国雷锡昂公司研制的ILR100激光雷达，安装在高性能飞机和无人机上，在待侦察地区的上空以120～460m的高度飞行，用GaAs激光进行行扫描。
获得的影像可实时显示在飞机上的阴极射线管显示器上，或通过数据链路发送至地面站。
1992年，美国海军执行了“辐射亡命徒”先期技术演示计划，演示用激光雷达远距离非合作识别空中和地面目标。
该演示计划使用的CO2激光雷达在P-3C 试验机上进行了飞行试验，可以利用目标表面的变化、距离剖面、高分辨率红外成像和三维激光雷达成像，识别目标。
同时，针对美国海军陆战队的战备需求，桑迪亚国家实验室和Burns公司分别提出了手持激光雷达的设计方案。
这种设备能由一名海军陆战队队员携带，重量在2.3～3.2kg之间，可以安装在三脚架上；系统能自聚焦，能在低光照条件下工作；采集的影像足够清晰，能分辨远距离的车辆和近距离的人员。
无人机激光雷达工作原理
无人机激光雷达工作原理
无人机激光雷达的工作原理是利用激光束与周围物体发生反射，通过计算返回时间和光的传播速度，确定目标的距离、速度和方位。
无人机激光雷达系统主要由激光传感器、惯性管理单元（IMU）、全球导航卫星系统（GNSS）接收器和嵌入式电脑组成。
其中，激光传感器由一个光发射器和一个接收器组成，会发出高频光脉冲。
当这些脉冲遇到物体时，其返回的回声将被雷达光接收器捕获并转换为数字信号。
该光在发射器与被反射的障碍物之间传播所需的时间用于测量传感器与所到达物体之间的距离。
此外，由于无人机和雷达始终在移动，因此传感器的位置也在不断移动。
计算每个反射点位置所必需的基本信息之一是雷达在拍摄时的精确位置，这要归功于惯性管理单元（IMU）提供的信息。
同时，全球导航卫星系统（GNSS）接收器用于计算系统的地理位置和发射每个激光脉冲时的精确时间，以及接收其回波。
GNSS接收器的准确性直接影响机载雷达测量。
综上所述，无人机激光雷达通过激光束与目标物体的反射，结合IMU和GNSS提供的位置和时间信息，实现对目标物体的精准距离、速度和方位测量。
激光雷达(第四稿)
在今年年初的 CES 上，来自森 尼维尔的 Quanergy Systems 公 司就展示了一款专为自动驾驶车 辆开发的固态激光雷达原型产品。 该激光雷达利用光相控阵来散播 激光脉冲，这样一来整个系统就 不用一直处于旋转状态了。 Quanergy 预计这款激光雷达的 价格最低能降至 250 美元， 2017 年初就能投入使用
对于未来的雷达等感应系统，固态化、小型化和廉价化是其 发展趋势，同时高清地图、V2X（所谓V2V，，意为vehicle to vehicle，即车对车的信息交换。另外还有V2X，即车对外 界的信息交换。车联网通过整合全球定位系统（GPS）导航 技术、车对车交流技术、无线通信及远程感应技术奠定了新 的汽车技术发展方向，实现了手动驾驶和自动驾驶的兼容。） 和算法等软实力的发展也是非常重要的。 从当前的辅助驾驶系统过渡到半自动驾驶和自动驾驶，势必 需要多种视觉与感知技术结合发展。
与此同时，有两家新创公 司也在低成本激光雷达的 道路上奋勇前进，它们的 新系统预计将低至 100 美 元，而且 2018 年就能正 式面世。
其实要说最近能让人眼前一亮激光雷 达系统，还得数麻省理工的解决方案。 该方案隶属于美国国防部高级研究计 划局的电子光子异质集成项目，麻省 理工的研究人员利用硅光子学将激光 雷达系统压缩成了一个 0.5-6 毫米大 小的芯片。虽然麻省理工的原型产品 视场只有几米，但未来扩展到一百米 并不困难，最重要的是该芯片单价只 有 10 美元。
相关资料
书 名: 《激光雷达技术》（上、下册） 作 者：戴永江 出版社： 电子工业出版社
内容简介： 激光雷达技术（LiDAR）是一种全新的遥感技术，因其 高精度和高效率，在地形测绘方面得到快速发展，目前 国内已有近20套LiDAR系统。本文主要研究LiDAR技术 在铁路勘察设计工程中的应用内容、产品与效果，在此 基础上与传统的航空摄影测量方法进行了比较，证明 LiDAR技术在铁路勘察设计的可行性与优越性。
第2讲激光及激光雷达系统-激光雷达系统2
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激光雷达的分类
按照照使用用目的分类
6
激光雷达的分类
相互作用 反射 检测对象 比激光波长尺寸大 很多的物质 举例 地形测绘 气溶胶 空气分子 空气分子，水蒸气， SO2等污染物质 NO2等污染物质
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激光成像雷达发展
四个阶段： 四个阶段 ：
激光测距仪 跟踪测角测距雷达 激光成像雷达
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激光成像雷达
只要发射激光波形具有足够高的波束质量和重复频率， 发射激 波 有 够高的波束质 复频率 接收信号达到一定的信噪比要求，均能通过波束扫描在探 测器的光敏面上得到目标的图像 测器的光敏面上得到目标的图像。
分为外差探测 分为 外差探测， ，零拍探测 零拍探测和 和多频外差探测 多频外差探测等 等
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激光雷达外差探测原理
一般外差探测激光雷达系统由一台连续工作的激光 一般外差探测 激光雷达系统由一台连续工作的激光 器作为独立辐射源发出参考波 称为本地振荡器 器作为独立辐射源发出参考波，称为本地振荡器 器作为独立辐射源发出参考波，称为 称为本地振荡器 系统接收到的回波 信号与来自本地振 荡器的参考信号混 合之后，由混频器 输出的光束聚焦到 探测器上然后再进 行信号处理。
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激光遥感观测系统
飞机 激光扫描仪 航摄相机 CCNS4导航控制系统 AEROControl IId 高 精度位置姿态测量系统 (IMU/DGPS) IMU与相机连接架 机载DGPS天线 地面DGPS基站接收机
激光遥感集成系统
激光雷达在输电线路巡线中的应用
激光雷达在输电线路巡线中的应用摘要:近年来，随着我国经济建设的快速发展，对电力的需求迅速增长，对电网建设的需求也越来越强烈。
电网规模的迅速扩大给电力监管带来了巨大挑战。
定期检查已建成的输电线路，及时发现并消除线路走廊内的安全隐患，确保电力安全传输，已成为电网运维管理部门的一项重要工作。
无人机搭载激光雷达技术因其高效灵活、作业周期短、成本低等特点广泛应用于电力工程勘测设计工作中。
本文主要就激光雷达在输电线路巡线中的应用进行了分析。
关键词：激光雷达；输电线路；巡线引言传统的人工电力巡线方式已不能满足电网运营维护工作需要，为提高输电线路巡线效率，保证电网线路安全，将无人机搭载激光雷达技术应用于线路巡线中，获取点云数据，提取完整电力线点，重建三维电力线走廊，检测建筑物、植被、交叉跨越等对线路的安全距离，及时发现线路走廊中被跨越物对线路的威胁与隐患，为线路维护人员提供决策支持，通过实例验证了激光雷达巡线技术的安全、快速、高效性。
1激光雷达原理激光雷达技术是一种利用激光来实现精确获取三维位置的测距传感技术，在广义上可以认为是带有3D 深度信息的摄像头，被誉为最具想象力的“机器人眼睛”。
激光雷达主要包括激光发射、扫描系统、激光接收和信息处理四大部分，采用激光发射器及光束扫描技术发射介于红外线与可见光之间的激光，通过测量激光信号的时间差及相位差描绘周围物体的三维点云图，从而获取精确的距离、轮廓信息。
此外，激光雷达产业链上游下游应用广泛，涉及大气环境监测、服务机器人、无人机、自动驾驶、工业测绘等技术领域。
激光雷达是将各种新型测量仪器的优势结合在一起，使其变成一种较为新型且具有更高科技含量的测量系统，不仅结合激光测距技术的相关优势，还将定位系统和惯性测量系统的优势融合在整个测量坐标数据中，并利用虚拟的数据影像来将各种数据以模型的形式向大众进行展示。
不仅如此，激光雷达可以对地面、河流等一些独立性的物体进行标志，并且结合其数据来进行有效的信息收集和坐标凸显。
激光雷达原理
激光雷达原理------读书笔记99121-佃邓洪川一•概念:雷达"(Radio Detection and Range,Radar)是一种利用电磁波探测目标位置的电子设备.电磁波其功能包括搜索目标和发现目标；测量其距离，速度，角位置等运动参数；测量目标反射率，散射截面和形状等特征参数。
传统的雷达是微波和毫米波波段的电磁波为载波的雷达。
激光雷达以激光作为载波.可以用振幅、频率、相位和振幅来搭载信息，作为信息载体。
激光雷达利用激光光波来完成上述任务。
可以采用非相干的能量接收方式，这主要是一脉冲计数为基础的测距雷达。
还可以采用相干接收方式接收信号，通过后置信号处理实现探测。
激光雷达和微波雷达并无本质区别，在原理框图上也十分类似，见下图微波雷达显示控制激光雷达激光雷达由发射，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。
激光光速发散角小，能量集中，探测灵敏度和分辨率高。
多普勒频移大，可以探测从低速到高速的目标。
天线和系统的尺寸可以作得很小。
利用不同分子对特定波长得激光吸收、散射或荧光特性，可以探测不同的物质成分，这是激光雷达独有的特性。
目前，激光雷达的种类很多，但是按照现代的激光雷达的概念，常分为以下几种：(1)按激光波段分，有紫外激光雷达、可见激光雷达和红外激光雷达。
(2)按激光介质分，有气体激光雷达、固体激光雷达、半导体激光雷达和二极管激光泵浦固体激光雷达等。
(3)按激光发射波形分，有脉冲激光雷达、连续波激光雷达和混合型激光雷达等。
（4）按显示方式分，有模拟或数字显示激光雷达和成像激光雷达。
（5）按运载平台分，有地基固定式激光雷达、车载激光雷达、机载激光雷达、船载激光雷达、星载激光雷达、弹载激光雷达和手持式激光雷达等。
（6）按功能分，有激光测距雷达、激光测速雷达、激光测角雷达和跟踪雷达、激光成像雷达，激光目标指示器和生物激光雷达等。
（7）按用途分，有激光测距仪、靶场激光雷达、火控激光雷达、跟踪识别激光雷达、多功能战术激光雷达、侦毒激光雷达、导航激光雷达、气象激光雷达、侦毒和大气监测激光雷达等。
激光雷达原理
; …—读书 ;笔记一・概念：I99121-19"雷达"(Radio Detection and Range, Radar)是一种利用电磁波探测目标位置的电子 设备 •电磁波其功能包括搜索目标和发现目标；测量其距离，速度，角位置等运动参数；测量目标反射率，散射截面和形状等特征参数。
传统的雷达是微波和毫米波波段的电磁波为载波的雷达。
激光雷达以激光作为载波 •可以用振幅、频率、相位和振幅来搭载信息，作为信息载体。
激光雷达利用激光光波来完成上述任务。
可以采用非相干的能量接收方式，这主要是 一脉冲计数为基础的测距雷达。
还可以采用相干接收方式接收信号，通过后置信号处理实现 探测。
激光雷达和微波雷达并无本质区别，在原理框图上也十分类似，见下图微波雷达激光雷达彳I本振辐射习 频激光雷达由发射，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。
激光光速发散角小，能量集中，探测灵敏度和分辨率高。
多普勒频移大，可以探测从低速到高速 的目标。
天线和系统的尺寸可以作得很小。
利用不同分子对特定波长得激光吸收、散射或荧光特性，可以探测不同的物质成分，这是激光雷达独有的特性。
目前，激光雷达的种类很多，但是按照现代的激光雷达的概念，常分为以下几种：(1)按激光波段分，有紫外激光雷达、可见激光雷达和红外激光雷达。
天线a(2) 按激光介质分，有气体激光雷达、固体激光雷达、半导体激光雷达和二极管激光泵浦固体激光雷达等。
(3) 按激光发射波形分，有脉冲激光雷达、连续波激光雷达和混合型激光雷达等。
（4）按显示方式分，有模拟或数字显示激光雷达和成像激光雷达。
（5）按运载平台分，有地基固定式激光雷达、车载激光雷达、机载激光雷达、船载激光雷达、星载激光雷达、弹载激光雷达和手持式激光雷达等。
（6）按功能分，有激光测距雷达、激光测速雷达、激光测角雷达和跟踪雷达、激光成像雷达，激光目标指示器和生物激光雷达等。
（7）按用途分，有激光测距仪、靶场激光雷达、火控激光雷达、跟踪识别激光雷达、多功能战术激光雷达、侦毒激光雷达、导航激光雷达、气象激光雷达、侦毒和大气监测激光雷达等。
激光雷达点频和回波数的关系
激光雷达点频和回波数的关系
激光雷达的点频和回波数之间存在着密切的关系。
点频是指激
光雷达发送激光脉冲的频率，通常以赫兹（Hz）为单位表示。
回波
数则是指激光雷达接收到的回波信号的数量，也就是在一定时间内
接收到的回波次数。
首先，点频会影响激光雷达的测距精度和分辨率。
点频越高，
激光雷达发送脉冲的频率越高，这意味着激光雷达可以更快地发送
和接收回波信号，从而提高了测距的精度和分辨率。
因此，点频的
增加通常会导致回波数的增加，因为在同样的时间内，激光雷达可
以发送更多的脉冲并接收更多的回波信号。
其次，回波数也受到激光雷达的工作模式和环境条件的影响。
在不同的工作模式下，激光雷达发送的脉冲数量和频率会有所不同，这会直接影响到接收到的回波数。
此外，环境条件如大气密度、目
标表面特性等也会对回波数产生影响，因为这些因素会影响激光脉
冲的传播和反射情况，进而影响到回波信号的数量和强度。
另外，激光雷达的回波数还与所测量的目标特性有关。
不同的
目标在接收到激光脉冲后会以不同的方式反射回波信号，因此不同
的目标会产生不同数量和强度的回波信号。
这也会影响到回波数的多少。
总的来说，激光雷达的点频和回波数之间是相互影响的关系。
点频的变化会影响到回波数的多少，而回波数的多少也会受到多种因素的影响。
因此，在实际应用中，需要综合考虑这些因素，以获得准确的测量结果。
智能网联汽车基础(七)——ADAS激光雷达和视觉系统(上)
(接上期)一、激光雷达1.激光雷达相关定义China SAE标准《智能网联汽车激光雷达点云数据标注要求及方法》对激光雷达、场景、点云等给出一系列的定义和规范。
激光雷达(l g h t d e t e c t i o n a n d ranging)：发射激光束并接收回波以获取目标三维信息的系统。
2.激光雷达特点车载激光雷达是目前车载环境感知精度最高的感知方式，探测距离可达300m，精度可控制在厘米级。
激光雷达以激光作为载波，激光是光◆文/江苏 周晓飞智能网联汽车基础(七)——ADAS激光雷达和视觉系统(上)波波段电磁辐射。
具有以下优点：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，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。
3.激光雷达类型 车载激光雷达根据其扫描方式的不同，可分为机械激光雷达和固态激光雷达。
机械激光雷达外表上最大的特点就是总成有机械旋转机构(图1)。
固态激光雷达由于无需旋转的机械机构，依靠电子部件来控制激光发射角度，其结构相对简单、体积较小，可安装于车体内。
长远来看微机电系统激光雷达(MEMS)、快闪激光雷达(Flash)等固态激光雷达有望成为重点。
4.激光雷达结构原理激光雷达主要包括激光发射、扫描系统、激光接收和信息处理四大系统，这四个系统相辅相成，形成传感闭环。
一般由光学发射部件、光电接收部件、运动部件和信号处理模块等部件组成。
激光雷达工作原理是向指定区域发射探测信号(激光束)，经过目标物反射后，收集反射回来的信号，与发射信号进行处理比较，即可获得待测区域环境和目标物体的有关空间信息，如目标距离、方位角、尺寸、移动速度等参数，从而实现对特定区域的环境和目标进行探测、跟踪和识别。
5.微机电系统激光雷达(MEMS)法雷奥SCALA激光雷达是一款已经应用到量产车上的车规级激光雷达(图2)，拥有145°的水平视场角(FOV)，可以探测到150m以内的动态或静态障碍物，垂直视场角为3.2°(图3)。
工程测绘中激光雷达测绘技术的应用
工程测绘中激光雷达测绘技术的应用
激光雷达是一种高精密度、非接触、远距离测量工具，广泛应用于工程测绘领域。
激
光雷达测绘技术通过发射激光脉冲并接收回波，利用其测距能力和反射特性确定目标物体
的位置、形状和表面特征。
以下将介绍激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用。
1. 地形测量：激光雷达可以快速而准确地获取地表地形数据。
它可以测量地面高程、建筑物高度、建筑物之间的距离等。
这些数据对于工程规划、土地开发和景观设计等方面
非常重要。
2. 建筑物测量：激光雷达可以实现建筑物的三维建模。
通过扫描建筑物外部，激光
雷达可以获取建筑物的准确尺寸和形状，这对于建筑设计、改造和维修非常有用。
3. 道路测量：激光雷达可以对道路进行快速而精确的测量。
通过扫描道路表面，激
光雷达可以获取道路的高程、水平曲率、路面坑洼等信息，这对于道路维护和交通规划非
常重要。
4. 桥梁测量：激光雷达可以对桥梁进行全面而详细的测量。
通过扫描桥梁结构，激
光雷达可以获取桥梁的几何形状、结构变形等信息，这对于桥梁的维修和安全评估非常有用。
6. 水利工程测量：激光雷达可以用于测量水库、河流、港口等水利工程。
通过扫描
水体表面和相关设施，激光雷达可以获取水位、水深、水流速度等信息，这对于水文学研
究和水利工程设计非常有用。
除了以上应用，激光雷达测绘技术还可以应用于地下管线测绘、森林资源调查、城市
规划、航空测绘等领域。
随着激光雷达技术的不断发展和普及，它将持续在工程测绘领域
发挥重要作用，为工程设计和规划提供更精确、高效和可靠的测量数据。
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激光雷达的多回波原理及应用
1. 激光雷达的概述
激光雷达（Lidar，Light Detection and Ranging）是一种通过测量激光的时间
飞行或相位变化来获取目标物体的距离和位置等信息的技术。
它具有快速、准确和非接触式的优点，被广泛应用于自动驾驶、环境监测、地图制作等领域。
2. 多回波原理
多回波原理是激光雷达工作的基础，它利用激光束与目标物体的相互作用来实
现测量。
当激光束照射在目标物体上时，一部分激光会被目标物体散射回激光雷达，形成回波。
多回波原理利用每个回波的时间飞行或相位差来测量目标物体的距离和位置等信息。
3. 多回波的测量过程
多回波的测量过程可以分为以下几个步骤：
3.1 发射激光束
激光雷达通过发射激光束，将激光能量聚焦到一个小的区域内。
激光束的强度
和波长等参数对测量的精度和范围有影响。
3.2 接收回波信号
当激光束照射到目标物体上时，一部分激光会被目标物体散射回激光雷达，形
成回波信号。
激光雷达通过接收器接收回波信号，并将信号转化为电信号进行处理。
3.3 计算时间飞行或相位差
激光雷达通过测量回波信号的时间飞行或相位差来计算目标物体与激光雷达之
间的距离。
时间飞行测量通过测量回波信号的往返时间来计算距离，而相位差测量则是通过测量回波信号的相位差来计算距离。
3.4 分析和处理数据
激光雷达将通过时间飞行或相位差测量得到的距离数据进行分析和处理，生成
目标物体的点云数据。
点云数据可以用来重建目标物体的三维空间位置和形状等信息。
4. 多回波的应用领域
多回波原理在激光雷达的应用领域中发挥着重要作用，以下是几个常见的应用
领域：
4.1 自动驾驶
激光雷达在自动驾驶领域中被广泛应用，它可以实时获取周围环境的三维信息，包括路面、障碍物和交通标识等。
通过多回波原理，激光雷达可以高精度地测量距离和位置，并为自动驾驶系统提供实时的环境感知能力。
4.2 环境监测
激光雷达可以用于环境监测领域，例如大气污染监测和气象观测等。
通过多回
波原理，激光雷达可以测量大气中的颗粒物浓度、湿度等参数，以及测量云层的高度和厚度等信息。
4.3 地图制作
激光雷达可以用于地图制作领域，它可以快速获取大范围的地理数据。
通过多
回波原理，激光雷达可以高精度地测量地形、建筑物和植被等地理要素，并生成高精度的数字地图。
5. 总结
激光雷达的多回波原理是实现激光雷达测量的基础，它通过测量回波信号的时
间飞行或相位差来获取目标物体的距离和位置等信息。
多回波原理在自动驾驶、环境监测和地图制作等领域有着广泛的应用前景。
随着激光雷达技术的不断发展，多回波原理将会在更多的领域得到应用并取得更好的效果。