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无人机激光雷达测量原理

本文讲述无人机激光雷达测量原理,从全站仪到激光雷达,如有

错误之处,欢迎指出

一、全站仪

在说激光雷达之前我先讲讲全站仪。全站仪,如果从事过测量工

作的人肯定对其十分了解。全站仪是一种很精确的,可以测量物体三

维坐标的仪器,其精度甚至可以达到亚毫米级别。全站仪的测量原理

是发射电磁波信号,计算原始信号与反射信号的相位差来计算路

程。但是我们要得到的是坐标,而通过相位差测量得到只是距离。

这明显就是一个一维到三维的差异。因此我们需要“升维”,从一维

到二维,从二维到三维。

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1.1一维到二维

从一维到二维,直线发射与接受肯定是处于一维的,只有长短之

分,因此我们需要水平的转动我们的全站仪,这样我们就把直线变成

了面,完成了一维到二维的转换。但是作为测量仪器,任何的升维我

们都需要记录那个维度的尺度信息,对于一维到二维,我们可以理解

为从水平旋转,因此我们需要记录水平角度。这个角度记录得越精确,

我们得到的测量结果就越准确。对应下图中红色部分,大框的部分我

们可以旋转形成水平角,小框的部分我们可以微调水平角,然后全站

仪就可以利用编码度盘精确的记录旋转角。

1

1.2二维到三维

二维到三维与一维到二维的原理类似。三维与二维的区别就是高

度,所以与一维扩展到二维原理类似,我们测量垂直角度就可以测量

三维坐标了。

1

1.3坐标的测量

全站仪的后视定向,是以一个已知坐标为全站仪架站点,然后后

视一个已知方向,通常这个方向为坐标北方位角。因此测量出来的坐

标与我们的高斯投影坐标系的朝向是统一的。然后定向成功之

后,以上就是全站仪的测量原理。如有不足和错误之处,欢迎指出。

二、激光雷达测量原理

激光雷达,英文名称为LightDetectionandRanging,是激光探

测及测距系统的简称。下面我讲讲解,激光,雷达,以及激光雷达之

间的联系和区别。

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2.1激光

激光,英文名laser,是“受激辐射光放

大器”的英文首字母组合。原子中的电子吸收

能量后从低能级跃迁到高能级,再从高能级回

落到低能级的时候,所释放的能量以光子的形

式放出。被引诱(激发)出来的光子束(激

光),其中的光子光学特性高度一致。因此激

光相比普通光源单色性、方向性好,亮度更高。

按工作介质分,激光器可分为气体激光器、固

体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类

(来自百度百科)百度百科

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2.2雷达

雷达英文名称,RADAR。源于Radio

DetectionAndRanging的缩写,意思为无

线电探测和测距,即用无线电的方法发现目

标并测定它们的空间位置。因此,雷达也被称

为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目

标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照

射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射

点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、

高度等信息(来自百度百科)百度百科

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2.3激光雷达

激光雷达和雷达的英文名称:LightDetectionAndRanging和

RadioDetectionAndRanging,由英文名称可以发现,共性的是

DetectionAndRanging,即探测和测距。不同的Light和Radio的

不同,这有什么不同呢。

1.无线电和激光区别就在于工作的电磁波的波段不同,雷达的电

磁波的波长(通常为cm-dm级别)要远远大于激光的波长(通常为

nm--um级别)。

2.电磁波产生和接收

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