機(jī)載激光雷達(dá)作為航測(cè)服務(wù)行業(yè)常用的手段，大家想必對(duì)機(jī)載激光雷達(dá)有些好奇，飛燕帶大家了解一下機(jī)載激光雷達(dá)的基礎(chǔ)原理與現(xiàn)在的應(yīng)用。機(jī)載激光雷達(dá)是一種可以精確、快速獲取地面或大氣三維空間信息的主動(dòng)探測(cè)技術(shù)，應(yīng)用范圍和發(fā)展前景十分廣闊。以往的傳感器只能獲取目標(biāo)的空間平面信息，需要通過(guò)同軌、異軌重疊成像等技術(shù)來(lái)獲取三維高程信息，這些方法與LiDAR技術(shù)相比，不但測(cè)距精度低，數(shù)據(jù)處理也比較復(fù)雜。正因?yàn)槿绱?，LiDAR技術(shù)與成像光譜、合成孔徑雷達(dá)一起被列為對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)計(jì)劃中最核心的信息獲取與處理技術(shù)。機(jī)載激光雷達(dá)是將激光技術(shù)、高速信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

　　機(jī)載激光雷達(dá)的工作原理

　　激光雷達(dá)是一種雷達(dá)系統(tǒng)，是一種主動(dòng)傳感器，所形成的數(shù)據(jù)是點(diǎn)云形式。其工作光譜段在紅外到紫外之間，主要發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、測(cè)量控制和電源組成。工作原理為：首先向被測(cè)目標(biāo)發(fā)射一束激光，然后測(cè)量反射或散射信號(hào)到達(dá)發(fā)射機(jī)的時(shí)間、信號(hào)強(qiáng)弱程度和頻率變化等參數(shù)，從而確定被測(cè)目標(biāo)的距離、運(yùn)動(dòng)速度以及方位。除此之外，還可以測(cè)出大氣中肉眼看不到的微粒的動(dòng)態(tài)等情況。激光雷達(dá)的作用就是精確測(cè)量目標(biāo)的位置(距離與角度)、形狀(大小)及狀態(tài)(速度、姿態(tài))，從而達(dá)到探測(cè)、識(shí)別、跟蹤目標(biāo)的目的。

　　機(jī)載激光雷達(dá)的現(xiàn)狀及應(yīng)用

　　激光技術(shù)從它的問(wèn)世到現(xiàn)在，雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但是由于它有：高亮度性、高方向性、高單色性和高相干性等幾個(gè)極有價(jià)值的特點(diǎn)，因而在國(guó)防軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生和科學(xué)研究等方面都有廣泛的應(yīng)用。LiDAR技術(shù)在西方國(guó)家發(fā)展相對(duì)成熟，已經(jīng)投入商業(yè)運(yùn)行的激光雷達(dá)系統(tǒng)(主要指機(jī)載)主要有Optech(加拿大)、TopSys(法國(guó))和Leica(美國(guó))等公司的產(chǎn)品。

　　1. 軍事方面的應(yīng)用

　　目前，在水雷探測(cè)激光雷達(dá)、化學(xué)試劑探測(cè)激光雷達(dá)、大氣監(jiān)測(cè)激光雷達(dá)、生化陸戰(zhàn)激光雷達(dá)等方面已經(jīng)有了很大的成就。另外，中國(guó)的攻擊激光雷達(dá)已經(jīng)相當(dāng)?shù)南冗M(jìn)，包含著世界最尖端的五大核心技術(shù)：激光材料研究的突破、激光輻射材料物理機(jī)理及成像圖譜研究的突破、一次性快速跟蹤定位控制技術(shù)的突破、高密度能量可逆轉(zhuǎn)換載體材料的突破、激光成像技術(shù)的突破。

　　2. 測(cè)風(fēng)方面的應(yīng)用

　　多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)具有高分辨率、高精度、大探測(cè)范圍、能提供晴空條件下三維風(fēng)場(chǎng)信息的能力。多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)利用光的多普勒效應(yīng)，測(cè)量激光光束在大氣中傳輸及其回波信號(hào)的多普勒頻移來(lái)反演空間風(fēng)速分布。主要有相干(外差)探測(cè)和非相干(直接)探測(cè)兩種方式。

　　3. 氣象方面的應(yīng)用

　　我國(guó)已經(jīng)建立12個(gè)沙塵暴長(zhǎng)期觀測(cè)站，首次形成全國(guó)性的沙塵暴監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)?？梢酝ㄟ^(guò)先進(jìn)的觀測(cè)、模擬和衛(wèi)星遙感的聯(lián)合研究，查明中國(guó)沙塵暴發(fā)生的確切源地，科學(xué)地分辨氣象、氣候條件變化等自然因素和沙漠化土地增加等人為因素對(duì)沙塵暴的影響，為準(zhǔn)確預(yù)警、預(yù)報(bào)沙塵暴，制定全面高效的防治計(jì)劃提供科學(xué)依據(jù)。

　　4. 醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

　　美國(guó)能源部所屬的Oak Ridge國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出一種集成了激光和雷達(dá)系統(tǒng)的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以減輕燒傷病人的痛苦。研究人員希望這種同頻連續(xù)波激光雷達(dá)映射系統(tǒng)，可以從病人身體上去除壞死的皮膚和肌肉。這種新系統(tǒng)可以對(duì)燒傷病人的體表組織進(jìn)行三維的激光雷達(dá)定位探測(cè)，以確定損害程度。利用探測(cè)定位結(jié)果，激光可以自動(dòng)除去壞死的組織以利于新組織生長(zhǎng)。

　　5. 水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

　　目前，全國(guó)由于建設(shè)開(kāi)發(fā)的影響，給水土流失治理帶來(lái)很大的難度，據(jù)調(diào)查，全國(guó)每年由于開(kāi)發(fā)建設(shè)使水土流失面積達(dá)到1.00×104平方千米由以上。由于激光雷達(dá)在測(cè)量精度上比傳統(tǒng)方法測(cè)量結(jié)果要精細(xì)許多，更真實(shí)、可信;而且，可詳細(xì)反映所測(cè)場(chǎng)地的形態(tài)，輕松實(shí)現(xiàn)三維建模，從而真正實(shí)現(xiàn)了非接觸式測(cè)量，大大減少了外業(yè)工作量，降低了外業(yè)危險(xiǎn);并且可對(duì)開(kāi)挖邊坡、崩崗、山體滑坡等許多形式的水土流失進(jìn)行測(cè)量，使傳統(tǒng)水土保持走上“精耕細(xì)作”之路。

　　機(jī)載激光雷達(dá)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

　　1. 星載激光雷達(dá)

　　星載LiDAR以衛(wèi)星作為平臺(tái)，其運(yùn)行軌道高、觀測(cè)范圍廣、觀測(cè)速度快，受地面背景、天空背景影響小，具有高分辨率、高靈敏度的特點(diǎn)，幾乎可以觸及世界的每一個(gè)角落，為三維控制點(diǎn)和數(shù)字地面模型(DEM)的獲取提供了新的途徑，在國(guó)防或是科學(xué)研究等領(lǐng)域都具有十分重大的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。

　　星載LiDAR還具有觀察整個(gè)天體的能力，實(shí)現(xiàn)天體測(cè)繪、全球信息采集、全球環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)林業(yè)資源調(diào)查、大氣結(jié)構(gòu)成分測(cè)量等。此外，星載LiDAR在植被垂直分布測(cè)量、海面高度測(cè)量、云層和氣溶膠垂直分布測(cè)量以及特殊氣候現(xiàn)象監(jiān)測(cè)等方面也可以發(fā)揮重要作用。

　　目前，國(guó)際上發(fā)展的星載激光雷達(dá)有：美國(guó)的NASA/LaRC星載差分吸收雷達(dá)、月球觀測(cè)Clementine系統(tǒng)、火星勘探者的MOLA-2系統(tǒng)、觀測(cè)空間小行星的NRL系統(tǒng)、地球觀測(cè)的GLAS系統(tǒng)、后向散射雷達(dá)ATLID。研究和解決星載Li-DAR的關(guān)鍵技術(shù)，建立起自己的星載LiDAR系統(tǒng)，將會(huì)是我國(guó)激光雷達(dá)的重要的發(fā)展方向。

　　2. 戰(zhàn)場(chǎng)偵察激光雷達(dá)

　　激光雷達(dá)有可能成為重要的偵察工具和手段。美國(guó)雷西昂公司正在試驗(yàn)使用GaAA激光行掃描傳感器制造ILR100成像激光雷達(dá)，此設(shè)備可以安裝在商性能飛機(jī)和無(wú)人機(jī)上，在120-460米的高空?qǐng)?zhí)行偵查任務(wù)。偵查的影像可實(shí)時(shí)地傳送到飛機(jī)上的陰極射線管顯示器上或通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路直接發(fā)送至地面接受站。

　　3. 測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)

　　測(cè)定風(fēng)速對(duì)研究氣候變化、提高天氣預(yù)報(bào)的精度、監(jiān)測(cè)機(jī)場(chǎng)氣流、優(yōu)化飛機(jī)航線以及在軍事、火箭發(fā)射等方面具有非常重要的意義。目前來(lái)看，2μm左右的全固化相干激光雷達(dá)及發(fā)射在紫外波段的非相干激光雷達(dá)將是未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。

　　4. 激光雷達(dá)尋的器

　　激光雷達(dá)可以提供以距離和強(qiáng)度為基礎(chǔ)的高分辨率影像，使空地武器具有自主精確制導(dǎo)能力。激光雷達(dá)尋的器能形成目標(biāo)的三維影像，確保準(zhǔn)確地識(shí)別目標(biāo)。目前，美國(guó)空軍賴特實(shí)驗(yàn)室與海軍聯(lián)合開(kāi)展了一項(xiàng)基于固態(tài)激光雷達(dá)演示計(jì)劃，目的就是完成激光雷達(dá)尋的器和自主式捕獲目標(biāo)。激光雷達(dá)尋的器將會(huì)安裝在AGM-130、聯(lián)合空地遠(yuǎn)程導(dǎo)彈上，以提高自主制導(dǎo)的能力和打擊精度。

　　結(jié)論

　　由于機(jī)載激光雷達(dá)是一種代價(jià)小、效果好、使用范圍廣的遙感手段，相信將來(lái)會(huì)應(yīng)用得更為廣泛。特別是“嫦娥一號(hào)”奔月以來(lái)，對(duì)我國(guó)發(fā)展星載激光雷達(dá)是個(gè)巨大促進(jìn)。當(dāng)然如果想要對(duì)于機(jī)載激光雷達(dá)想要詳細(xì)了解，可以聯(lián)系我們飛燕，我們飛燕航空遙感技術(shù)有限公司配備了兩臺(tái)國(guó)際上最先進(jìn)的 RIEGL VQ-1560i 機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)。機(jī)載激光雷達(dá)RIEGL VQ-1560i 的最大激光發(fā)射頻率高達(dá)200萬(wàn)赫茲，有效地面測(cè)量速度達(dá)1,330,000點(diǎn)/秒，最高可在4700米的海拔處作業(yè)。該系統(tǒng)能夠在不同高度進(jìn)行飛行作業(yè)獲取大范圍高密度點(diǎn)云。因此特別合適對(duì)超大面積區(qū)域和復(fù)雜城市環(huán)境進(jìn)行空中測(cè)繪。此外用戶能在復(fù)雜地形做出有效的飛行計(jì)劃，提高飛行效率，并保證飛行安全。