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文章转载自微信"大众年夜众号:慧天地,来源于微信"大众号：GIS前沿,作者：专注机器人自主行走。
版权归原作者及刊载媒体所有，所刊载内容仅供互换参考利用，不代表本刊态度。

激光雷达是集激光、环球定位系统（GPS）、和IMU（惯性丈量装置）三种技能于一身的系统，比较普通雷达，激光雷达具有分辨率高，暗藏性好、抗滋扰能力更强等上风。
随着科技的不断发展，激光雷达的运用越来越广泛，在机器人、无人驾驶、无人车等领域都能看到它的身影，有需求一定会有市场，随着激光雷达需求的不断增大，激光雷达的种类也变得琳琅满目，按照利用功能、探测办法、载荷平台等激光雷达可分为不同的类型。

激光雷达类型图

激光雷达按功能分类

激光测距雷达

激光测距雷达是通过对被测物体发射激光光束，并吸收该激光光束的反射波，记录该韶光差，来确定被测物体与测试点的间隔。
传统上，激光雷达可用于工业的安全检测领域，如科幻片中看到的激光墙，当有人闯入时，系统会立马做出反应，发出预警。
其余，激光测距雷达在空间测绘领域也有广泛运用。
但随着人工智能行业的兴起，激光测距雷达已成为机器人体内不可或缺的核心部件，合营SLAM技能利用，可帮助机器人进行实时定位导航，，实现自主行走。
思岚科技研制的rplidar系列合营slamware模块利用是目前做事机器人自主定位导航的范例代表，其在25米测距半径内，可完成每秒上万次的激光测距，并实现毫米级别的解析度。

激光测速雷达

激光测速雷达是对物体移动速率的丈量，通过对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，从而得到该被测物体的移动速率。

激光雷达测速的方法紧张有两大类，一类是基于激光雷达测距事理实现，即以一定韶光间隔连续丈量目标间隔，用两次目标间隔的差值除以韶光间隔就可得知目标的速率值，速率的方向根据间隔差值的正负就可以确定。
这种方法系统构造大略，丈量精度有限，只能用于反射激光较强的硬目标。

另一类测速方法是利用多普勒频移。
多普勒频移是指目标与激光雷达之间存在相对速率时，吸收回波旗子暗记的频率与发射旗子暗记的频率之间会产生一个频率差，这个频率差便是多普勒频移。

激光成像雷达

激光成像雷达可用于探测和跟踪目标、得到目标方位及速率信息等。
它能够完成普通雷达所不能完成的任务，如探测潜艇、水雷、隐蔽的军事目标等等。
在军事、航空航天、工业和医学领域被广泛运用。

大气探测激光雷达

大气探测激光雷达紧张是用来探测大气中的分子、烟雾的密度、温度、风速、风向及大气中水蒸气的浓度的，以达到对大气环境进行监测及对狂风雨、沙尘暴等磨难性景象进行预报的目的。

跟踪雷达

跟踪雷达可以连续的去跟踪一个目标，并丈量该目标的坐标，供应目标的运动轨迹。
不仅用于火炮掌握、导弹制导、外弹道丈量、卫星跟踪、突防技能研究等，而且在气候、交通、科学研究等领域也在日益扩大。

按事情介质分类

固体激光雷达

固体激光雷达峰值功率高，输出波长范围与现有的光学元件与器件，输出长范围与现有的光学元件与器件(如调制器、隔离器和探测器）以及大气传输特性相匹配等，而且很随意马虎实现主振荡器-功率放大器（MOPA）构造，再加上效率高、体积小、重量轻、可靠性高和稳定性好等导体，固体激光雷达优先在机载和天基系统中运用。
近年来，激光雷杀青长的重点是二极管泵浦固体激光雷达。

气体激光雷达

气体激光雷达以CO2激光雷达为代表，它事情在红外波段 ，大气传输衰减小，探测间隔远，已经在大气风场和环境监测方面发挥了很大浸染，但体历年夜，利用的中红外 HgCdTe探测器必须在77K温度下事情,限定了气体激光雷达的发展。

半导体激光雷达

半导体激光雷达能以高重复频率办法连续事情，具有龟龄命，小体积，低本钱和对人眼侵害小的优点，被广泛运用于后向散射旗子暗记比较强的Mie散射丈量，如探测云底高度。
半导体激光雷达的潜在运用是丈量能见度，得到大气边界层中的气溶胶消光廓线和识别雨雪等，易于制成机载设备。
目前芬兰Vaisala公司研制的CT25K激光测云仪是半导体测云激光雷达的范例代表，其云底高度的丈量范围可达7500m。

按线数分类

单线激光雷达

单线激光雷达紧张用于规避障碍物，其扫描速率快、分辨率强、可靠性高。
由于单线激光雷达比多线和3D激光雷达在角频率和灵敏度反响更加快捷，以是，在测试周围障碍物的间隔和精度上都更加精 确。
但是，单线雷达只能平面式扫描，不能丈量物体高度，有一定局限性。
当前紧张运用于做事机器人身上，如我们常见的扫地机器人。

多线激光雷达

多线激光雷达紧张运用于汽车的雷达成像，比较单线激光雷达在维度提升和场景还原上有了质的改变，可以识别物体的高度信息。
多线激光雷达常规是2.5D，而且可以做到3D。
目前在国际市场上推出的紧张有 4线、8线、16 线、32 线和 64 线。
但价格高昂，大多车企不会选用。

按扫描办法分类

MEMS型激光雷达

MEMS 型激光雷达可以动态调度自己的扫描模式，以此来聚焦分外物体，采集更远更小物体的细节信息并对其进行识别，这是传统机器激光雷达无法实现的。

MEMS整套系统只需一个很小的反射镜就能勾引固定的激光束射向不同方向。
由于反射镜很小，因此其惯性力矩并不大，可以快速移动，速率快到可以在不到一秒韶光里跟踪到 2D 扫描模式。

Flash型激光雷达

Flash型激光雷达能快速记录全体场景，避免了扫描过程中目标或激光雷达移动带来的各种麻烦，它运行起来比较像摄像头。
激光束会直接向各个方向漫射，因此只要一次快闪就能照亮全体场景。
随后，系统会利用微型传感器阵列采集不同方向反射回来的激光束。
Flash LiDAR有它的上风，当然也存在一定的毛病。
当像素越大，须要处理的旗子暗记就会越多，如果将海量像素塞进光电探测器，一定会带来各种滋扰，其结果便是精度的低落。

相控阵激光雷达

相控阵激光雷达搭载的一排发射器可以通过调度旗子暗记的相对相位来改变激光束的发射方向。
目前大多数相控阵激光雷达还在实验室里呆着，而现在仍勾留在旋转式或 MEMS 激光雷达的时期。

机器旋转式激光雷达

机器旋转式激光雷达是发展比较早的激光雷达，目前技能比较成熟，但机器旋转式激光雷达系统构造十分繁芜，且各核心组件价格也都颇为昂贵，个中紧张包括激光器、扫描器、光学组件、光电探测器、吸收IC以及位置和导航器件等。
由于硬件本钱高，导致量产困难，且稳定性也有待提升，目前固态激光雷达成为很多公司的发展方向。

按探测办法分类

直接探测激光雷达

直接探测型激光雷达的基本构造与激光测距机颇为附近。
事情时，由发射系统发送一个旗子暗记，经目标反射后被吸收系统网络，通过丈量激光旗子暗记来回传播的韶光而确定目标的间隔。
至于目标的径向速率，则可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以丈量两个或多个间隔，并打算其变革率而求得速率。

相关探测激光雷达

相关探测型激光雷达有单稳与双稳之分，在所谓单稳系统中，发送与吸收旗子暗记共用一个光学孔径，并由发送-吸收开关隔离。
而双稳系统则包括两个光学孔径，分别供发送与吸收旗子暗记利用，发送-吸收开关自然不再须要，别的部分与单稳系统相同。

按激光发射波形分类

连续型激光雷达

从激光的事理来看，连续激光便是一贯有光出来，就像打开手电筒的开关，它的光会一贯亮着（分外情形除外）。
连续激光是依赖持续亮光到待测高度，进行某个高度下数据采集。
由于连续激光的事情特点，某时某刻只能采集到一个点的数据。
由于风数据的不愿定特性，用一点代表某个高度的风况，显然有些片面。
因此有些厂家折中的办法是采纳旋转360度，在这个圆边上面采集多点进行均匀评估，显然这是一个虚拟平面中的多点统计数据的观点。

脉冲型激光雷达

脉冲激光输出的激光是不连续的，而是一闪一闪的。
脉冲激光的事理是发射几万个的激光粒子，根据国际通用的多普勒事理，从这几万个激光粒子的反射情形来综合评价某个高度的风况，这个是一个立体的观点，因此才有探测长度的理论。
从激光的特性来看，脉冲激光要比连续激光丈量的点位多几十倍，更能够精确的反应出某个高度风况。

按载荷平台分类

机载激光雷达

机载激光雷达是将激光测距设备、GNSS设备和INS等设备紧密集成，以翱翔平台为载体，通过对地面进行扫描，记录目标的姿态、位置和反射强度等信息，获取地表的三维信息，并深入加工得到所需空间信息的技能。
在军民用领域都有广泛的潜力和前景。
机载激光雷达探测间隔近，激光在大气中传输时，能量受大气影响而衰减，激光雷达的浸染间隔在20千米以内，尤其在恶劣景象条件下，比如浓雾、大雨和烟、尘，浸染间隔会大大缩短，难以有效事情。
大气湍流也会不同程度上降落激光雷达的丈量精度。

车载激光雷达

车载激光雷达又称车载三维激光扫描仪，是一种移动型三维激光扫描系统，可以通过发射和接管激光束，剖析激光碰着目标工具后的折返韶光，打算出目标工具与车的相对间隔，并利用网络的目标工具表面大量的密集点的三维坐标、反射率等信息，快速复建出目标的三维模型及各种图件数据，建立三维点云图，绘制出环境舆图，以达到环境感知的目的。
车载激光雷达在自动驾驶“造车”大潮中扮演的角色正越来越主要，诸如谷歌、百度、宝马、博世、德尔福等企业，都在其自动驾驶系统中利用了激光雷达，带动车载激光雷达家当迅速扩大。

地基激光雷达

地基激光雷达可以获取林区的3D点云信息，利用点云信息提取单木位置和树高，它不仅节省了人力和物力，还提高了提取的精度，具有其它遥感办法所无法比拟的上风。
通过对国内外该技能林业运用的剖析和对该发明研究后期的结果验证，未来将会在更大的研究区域利用该技能提取各种森林参数。

星载激光雷达

星载雷达采取卫星平台，运行轨道高、不雅观测视野广，可以触及天下的每一个角落。
为境外地区三维掌握点和数字地面模型的获取供应了新的路子，无论对付国防或是科学研究都具有十分重大意义。
星载激光雷达还具有不雅观察全体天体的能力，美国进行的月球和火星等探测操持中都包含了星载激光雷达，其所供应的数据资料可用于制作天体的综合三维地形图。
此外，星载激光雷达载植被垂直分布丈量、海面高度丈量、云层和气溶胶垂直分布丈量以及分外景象征象监测等方面也可以发挥主要浸染。

通过以上对激光雷达特点、事理、运用领域等先容，相信大家也能大致理解各种激光雷达的不同属性了，眼下，在激光雷达这个竞争越来越激烈的赛道上，打造低本钱、可量产、的激光雷达是很多新创公司想要实现的梦想。
但开拓和量产激光雷达并不随意马虎。
丰富的行业履历和可靠的技能才能保障其在这一波大潮中霸占主导地位。

《测绘学报（英文版）》（JGGS）专刊征稿：LiDAR数据处理

本期目录 | 《测绘学报》2020年第9期网刊发布

重磅 | ***宣告：中国将设立联合国环球地理信息知识与创新中央

会议关照 | 2020第八届高校GIS论坛将于11月7-8日在广州

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