文档介绍：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·(tL+tN+tW) 这里,tL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stN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⊿。
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。
1992年,在获得了博士学位后,Peter Frieβ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,激光发生的频率由200赫兹提高到5000赫兹,飞行高度也达到了1000米。与此同时,德国的TopSys也开发出了基于光纤激光器的激光雷达,Falcon I。从1995年到2003年的八年间,Optech