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激光雷达技术 激光雷达 （LiDAR ，发音为莱达） 机载激光雷达是一种主动式对地进行三维直接观察和测量的技术， 因此我们可以使用它昼夜工作。随着计算机技术、 GPS 和其自身技术的发展和完善，机载激光雷达最近几 年受到了越来越多的重视。 LiDAR （莱达）是从英文短语 Light Detection And Ranging 中提取出来的。我们望字生意，很容易把 莱达 （LiDAR ）与雷达 （RADAR ）联系起来。 而 Light Detection And Ranging 与 Radiowave Detection And Ranging 确实是一对孪生兄弟。在雷达中，我们采用的是无线电波，而在莱达中，我们采用的是激光器发 射的可见和近红外光波，在大气和环境研究中，也会采用其它波段的光波。因此，有时我们又将莱达称作 激光雷达。 激光雷达工作原理 ： 激光雷达的工作原理与雷达非常相近。 由激光器发射出的脉冲激光由空中入射到地面上， 打到树木上， 道路上，桥梁上，房子上，引起散射。一部分光波会经过反射返回到到激光雷达的接收器中。接收器通常 是一个光电倍增管或一个光电二极管，它将光信号转变为电信号，记录下来。同时由所配备的计时器记录 下来同一个脉冲光信号由发射到被接收的时间 T 。 于是，就能够得到由飞机上的的激光雷达到地面上的目标物的距离 R 为 : R = CT/2 。这里 C 代表光速， 是一个常数，即 C=300,000 公里/ 秒。 激光雷达每一个脉冲激光的最大距离分辨率（ maximum range resolution ）也可由以下公式给出： ⊿R = C/2 (t·L +t N+tW ) 这里， t L 代表激光脉冲的长度， tN 代表接收器电子器件的时间常数， tW 代表激光与目 标物体的碰撞时间常数。对于一个 Q- 开关的 Nd:YAG 激光器，它的脉冲常数是 10 纳秒，接收器电子器件 的时间常数 st N 一般是 50 纳秒到 200 纳秒，激光与目标物体的碰撞时间常数 tW 较小，一般忽略不计。因 此，距离分辨率 ⊿R 一般在 7.5 米到 30 米。 激光雷达发展简史 ： 激光雷达的研发早在上个世纪的七十年代就开始了 (Jennifer and Jeff 1999) 。最初，是由美国的航天 航空总署 NASA 研究出了一种非常笨重的基于激光测量的设备。尽管它非常昂贵，也只能测量放在地面上 的飞机的精确的高度。在八十年代后期，随着 GPS 民用技术的提高，使得 GPS 对位置定位的精度达到了 厘米的量级。 高精度的用于记录激光来回时间的计时器和高精度的惯导测量仪 （Inertial Measurement Units ， IMU ）的相继问世，为激光雷达的商业化打下了基础。 在 上 个 世 纪 的 八 十 年 代 末 ， 德 国 的 Peter Frie β 和 Joachim Lindenberger 在 Deutsche Forschungsgemeinschaft 攻读博士学位时开始了有关激光雷达技术的研究课题。在 1989 年，他们与 Fritz Ackermann 教授一起在 Univ. of Stuttgart ( 斯图加特大学遥感学院 )进行了首次相关的试验飞行。测试结果 令人信服地显示出激光雷达用于地形地貌测量和制图方面的巨大的潜力和发展远景。 1992 年，在获得了博士学位后， Peter Frie β和 Joachim Lindenberger 成立了 TopScan GmbH 公司， 开始了商业化机载激光雷达的尝试。 很快，TopScan 开始了与位于加拿大多伦多市的 Optech 公司的合作， 并且在 1993 年联合进行了样机的试飞和测试。 1995 年，由 Optech 公司与 TopScan 共同推出了 ALTM1020 激光雷达， 并在 1997 年对其性能进行了全面的提高， 激光发生的频