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激光雷达系统

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  • 激光雷达 lidar
    激光雷达介绍  激光雷达  LiDAR(LightLaserDeteetionandRanging),是激光探测及测距系统的简称。  用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器,如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线是光学望远镜;接收机采用各种形式的光电探测器,如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式,探测方法分直接探测与外差探测。激光雷达的历史  自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来,利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术,使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来,立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术,是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。  随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用,数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来,并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化,如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长,以致于不适应当前信息社会的需要,也不能满足&ldquo 数字地球&rdquo 对测绘的要求。  LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展,源自1970年,美国航天局(NASA)的研发。因全球定位系统(GlobalPositioningSystem、GPS)及惯性导航系统(InertialInertiNavigationSystem、INS)的发展,使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合,形成空载激光扫描仪(Ackermann-19)。之后,空载激光扫瞄仪随即发展相当快速,约从1995年开始商业化,目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪,可选择的型号超过30种(Baltsavias-1999)。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射(multipleechoes)的观测值,测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。  激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径,而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面,为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料,并取得了显著的经济效益,展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比,具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前,广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据,机载LIDAR技术正好满足这个需求,因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。  快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提,因此,开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下,国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。  由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序,它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定&ldquo 规范&rdquo 的基本原则,都要求前一工序的成果所包含的误差,对后一工序的影响应为最小。因此,通过研究机载激光雷达作业流程,优化设计作业方案来提高数据质量,是非常有意义的。LiDAR的基本原理  LIDAR是一种集激光,全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统,用于获得数据并生成精确的DEM。这三种技术的结合,可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统,这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量,这也正是LIDAR一词的英文原译,即:LIghtDetectionAndRanging-LIDAR。  激光本身具有非常精确的测距能力,其测距精度可达几个厘米,而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素,还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展,通过LIDAR从移动平台上(如在飞机上)获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。  LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲,打在物体上并反射回来,最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播,所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的,传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度,激光扫描角度,从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向,就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X,Y,Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言,一个频率为每秒一万次脉冲的系统,接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言,LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。激光雷达的妙用  激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统,其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达,把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状,探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力,科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。  直升机障碍物规避激光雷达  目前,激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学/生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段,其它军事应用研究亦日趋成熟。  直升机在进行低空巡逻飞行时,极易与地面小山或建筑物相撞。为此,研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前,这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。  美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统,使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域,地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上,为安全飞行起了很大的保障作用。  德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的Hel??las障碍探测激光雷达更高一筹,它是一种固体1.54微米成像激光雷达,视场为32度× 32度,能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线,将装在新型EC―135和EC―155直升机上。  法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达具有多种功能,采用CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍,还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能,适用于飞机和直升机。  化学战剂探测激光雷达  传统的化学战剂探测装置由士兵肩负,一边探测一边前进,探测速度慢,且士兵容易中毒。  俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统,可以实时地远距离探测化学毒剂攻击,确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数,并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号,比传统探测前进了一大步。  德国研制成功的VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进,它使用两台9―11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器,利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂,既安全又准确。  机载海洋激光雷达  传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式,声纳可分为主动式和被动式,可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大,重量一般在600公斤以上,有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备,通过发射大功率窄脉冲激光,探测海面下目标并进行分类,既简便,精度又高。  迄今,机载海洋激光雷达已发展了三代产品。20世纪90年代研制成功的第三代系统以第二代系统为基础,增加了GPS定位和定高功能,系统与自动导航仪接口,实现了航线和高度的自动控制。  成像激光雷达可水下探物  美国诺斯罗普公司为美国国防高级研究计划局研制的ALARMS机载水雷探测系统,具有自动、实时检测功能和三维定位能力,定位分辨率高,可以24小时工作,采用卵形扫描方式探测水下可疑目标。美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达,最大特点是可对水下目标成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积大,因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外,成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征,更加便于识别目标,这已是成像激光雷达的一大优势。HistoryandVisionHistoryVelodyne'sexpertisewithlaserdistancemeasurementstartedbyparticipatinginthe2005GrandChallengesponsoredbytheDefenseAdvancedResearchProjectsAgency(DARPA).AraceforautonomousvehiclesacrosstheMojavedesert,DARPA'sgoalwastostimulateautonomousvehicletechnologydevelopmentforbothmilitaryandcommercialapplications.VelodynefoundersDaveandBruceHallenteredthecompetitionasTeamDAD(DigitalAudioDrive),traveling6.2milesinthefirsteventand25milesinthesecond.Theteamdevelopedtechnologyforvisualizingtheenvironment,firstusingadualvideocameraapproachandlaterdevelopingthelaser-basedsystemthatlaidthefoundationforVelodyne'scurrentproducts.ThefirstVelodyneLIDARscannerwasabout30inchesindiameterandweighedcloseto100lbs.ChoosingtocommercializetheLIDARscannerinsteadofcompetinginsubsequentchallengeevents,Velodynewasabletodramaticallyreducethesensor'ssizeandweightwhilealsoimprovingperformance.Velodyne'sHDL-64EsensorwastheprimarymeansofterrainmapconstructionandobstacledetectionforallthetopDARPAUrbanChallengeteams.VisionVelodyne'sultimatevisionforitsLIDARtechnologyissimple:tosavelives.Weseethedaywherethissensortechnologyisdeployedoneveryvehicleintheworld.WhiletraditionalLIDARsensorshavereliedonfixedelectronicsandrotatingmirrorstodelivera3-Dterrainmap,therotationofanentirearrayofmultiplefixedlasershasproventobeaquantumleapforwardinsensingtechnology.Thisaccomplishmenthasbeentermeda"disruptiveevent"bycarsafetyresearchgroups,whoseethetechnologyasareasontorethinkallthatweknowaboutvehiclesensorsandthesafetysystemstheyenable.Untilthedaywhenwehelpeliminateautomobile-relatedcasualties,VelodyneplanstomarketitsuniqueLIDARtechnologywhereversophisticated3-Denvironmentunderstandingisrequired:robotics,mapcapture,surveying,autonomousnavigation,automotivesafetyystems,andindustrialapplications.激光雷达介绍  激光雷达  LiDAR(LightLaserDeteetionandRanging),是激光探测及测距系统的简称。  用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器,如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线是光学望远镜;接收机采用各种形式的光电探测器,如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式,探测方法分直接探测与外差探测。激光雷达的历史  自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来,利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术,使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来,立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术,是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。  随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用,数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来,并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化,如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长,以致于不适应当前信息社会的需要,也不能满足&ldquo 数字地球&rdquo 对测绘的要求。  LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展,源自1970年,美国航天局(NASA)的研发。因全球定位系统(GlobalPositioningSystem、GPS)及惯性导航系统(InertialInertiNavigationSystem、INS)的发展,使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合,形成空载激光扫描仪(Ackermann-19)。之后,空载激光扫瞄仪随即发展相当快速,约从1995年开始商业化,目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪,可选择的型号超过30种(Baltsavias-1999)。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射(multipleechoes)的观测值,测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。  激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径,而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面,为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料,并取得了显著的经济效益,展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比,具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前,广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据,机载LIDAR技术正好满足这个需求,因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。  快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提,因此,开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下,国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。  由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序,它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定&ldquo 规范&rdquo 的基本原则,都要求前一工序的成果所包含的误差,对后一工序的影响应为最小。因此,通过研究机载激光雷达作业流程,优化设计作业方案来提高数据质量,是非常有意义的。LiDAR的基本原理  LIDAR是一种集激光,全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统,用于获得数据并生成精确的DEM。这三种技术的结合,可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统,这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量,这也正是LIDAR一词的英文原译,即:LIghtDetectionAndRanging-LIDAR。  激光本身具有非常精确的测距能力,其测距精度可达几个厘米,而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素,还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展,通过LIDAR从移动平台上(如在飞机上)获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。  LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲,打在物体上并反射回来,最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播,所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的,传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度,激光扫描角度,从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向,就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X,Y,Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言,一个频率为每秒一万次脉冲的系统,接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言,LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。激光雷达的妙用  激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统,其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达,把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状,探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力,科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。  直升机障碍物规避激光雷达  目前,激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学/生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段,其它军事应用研究亦日趋成熟。  直升机在进行低空巡逻飞行时,极易与地面小山或建筑物相撞。为此,研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前,这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。  美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统,使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域,地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上,为安全飞行起了很大的保障作用。  德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的Hel??las障碍探测激光雷达更高一筹,它是一种固体1.54微米成像激光雷达,视场为32度× 32度,能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线,将装在新型EC―135和EC―155直升机上。  法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达具有多种功能,采用CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍,还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能,适用于飞机和直升机。  化学战剂探测激光雷达  传统的化学战剂探测装置由士兵肩负,一边探测一边前进,探测速度慢,且士兵容易中毒。  俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统,可以实时地远距离探测化学毒剂攻击,确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数,并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号,比传统探测前进了一大步。  德国研制成功的VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进,它使用两台9―11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器,利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂,既安全又准确。  机载海洋激光雷达  传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式,声纳可分为主动式和被动式,可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大,重量一般在600公斤以上,有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备,通过发射大功率窄脉冲激光,探测海面下目标并进行分类,既简便,精度又高。  迄今,机载海洋激光雷达已发展了三代产品。20世纪90年代研制成功的第三代系统以第二代系统为基础,增加了GPS定位和定高功能,系统与自动导航仪接口,实现了航线和高度的自动控制。  成像激光雷达可水下探物  美国诺斯罗普公司为美国国防高级研究计划局研制的ALARMS机载水雷探测系统,具有自动、实时检测功能和三维定位能力,定位分辨率高,可以24小时工作,采用卵形扫描方式探测水下可疑目标。美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达,最大特点是可对水下目标成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积大,因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外,成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征,更加便于识别目标,这已是成像激光雷达的一大优势。HistoryandVisionHistoryVelodyne'sexpertisewithlaserdistancemeasurementstartedbyparticipatinginthe2005GrandChallengesponsoredbytheDefenseAdvancedResearchProjectsAgency(DARPA).AraceforautonomousvehiclesacrosstheMojavedesert,DARPA'sgoalwastostimulateautonomousvehicletechnologydevelopmentforbothmilitaryandcommercialapplications.VelodynefoundersDaveandBruceHallenteredthecompetitionasTeamDAD(DigitalAudioDrive),traveling6.2milesinthefirsteventand25milesinthesecond.Theteamdevelopedtechnologyforvisualizingtheenvironment,firstusingadualvideocameraapproachandlaterdevelopingthelaser-basedsystemthatlaidthefoundationforVelodyne'scurrentproducts.ThefirstVelodyneLIDARscannerwasabout30inchesindiameterandweighedcloseto100lbs.ChoosingtocommercializetheLIDARscannerinsteadofcompetinginsubsequentchallengeevents,Velodynewasabletodramaticallyreducethesensor'ssizeandweightwhilealsoimprovingperformance.Velodyne'sHDL-64EsensorwastheprimarymeansofterrainmapconstructionandobstacledetectionforallthetopDARPAUrbanChallengeteams.VisionVelodyne'sultimatevisionforitsLIDARtechnologyissimple:tosavelives.Weseethedaywherethissensortechnologyisdeployedoneveryvehicleintheworld.WhiletraditionalLIDARsensorshavereliedonfixedelectronicsandrotatingmirrorstodelivera3-Dterrainmap,therotationofanentirearrayofmultiplefixedlasershasproventobeaquantumleapforwardinsensingtechnology.Thisaccomplishmenthasbeentermeda"disruptiveevent"bycarsafetyresearchgroups,whoseethetechnologyasareasontorethinkallthatweknowaboutvehiclesensorsandthesafetysystemstheyenable.Untilthedaywhenwehelpeliminateautomobile-relatedcasualties,VelodyneplanstomarketitsuniqueLIDARtechnologywhereversophisticated3-Denvironmentunderstandingisrequired:robotics,mapcapture,surveying,autonomousnavigation,automotivesafetyystems,andindustrialapplications.激光雷达介绍  激光雷达  LiDAR(LightLaserDeteetionandRanging),是激光探测及测距系统的简称。  用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器,如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线是光学望远镜;接收机采用各种形式的光电探测器,如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式,探测方法分直接探测与外差探测。激光雷达的历史  自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来,利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术,使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来,立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术,是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。  随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用,数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来,并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化,如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长,以致于不适应当前信息社会的需要,也不能满足&ldquo 数字地球&rdquo 对测绘的要求。  LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展,源自1970年,美国航天局(NASA)的研发。因全球定位系统(GlobalPositioningSystem、GPS)及惯性导航系统(InertialInertiNavigationSystem、INS)的发展,使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合,形成空载激光扫描仪(Ackermann-19)。之后,空载激光扫瞄仪随即发展相当快速,约从1995年开始商业化,目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪,可选择的型号超过30种(Baltsavias-1999)。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射(multipleechoes)的观测值,测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。  激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径,而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面,为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料,并取得了显著的经济效益,展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比,具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前,广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据,机载LIDAR技术正好满足这个需求,因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。  快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提,因此,开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下,国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。  由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序,它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定&ldquo 规范&rdquo 的基本原则,都要求前一工序的成果所包含的误差,对后一工序的影响应为最小。因此,通过研究机载激光雷达作业流程,优化设计作业方案来提高数据质量,是非常有意义的。LiDAR的基本原理  LIDAR是一种集激光,全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统,用于获得数据并生成精确的DEM。这三种技术的结合,可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统,这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量,这也正是LIDAR一词的英文原译,即:LIghtDetectionAndRanging-LIDAR。  激光本身具有非常精确的测距能力,其测距精度可达几个厘米,而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素,还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展,通过LIDAR从移动平台上(如在飞机上)获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。  LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲,打在物体上并反射回来,最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播,所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的,传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度,激光扫描角度,从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向,就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X,Y,Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言,一个频率为每秒一万次脉冲的系统,接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言,LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。激光雷达的妙用  激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统,其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达,把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状,探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力,科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。  直升机障碍物规避激光雷达  目前,激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学/生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段,其它军事应用研究亦日趋成熟。  直升机在进行低空巡逻飞行时,极易与地面小山或建筑物相撞。为此,研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前,这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。  美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统,使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域,地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上,为安全飞行起了很大的保障作用。  德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的Hel??las障碍探测激光雷达更高一筹,它是一种固体1.54微米成像激光雷达,视场为32度× 32度,能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线,将装在新型EC―135和EC―155直升机上。  法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达具有多种功能,采用CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍,还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能,适用于飞机和直升机。  化学战剂探测激光雷达  传统的化学战剂探测装置由士兵肩负,一边探测一边前进,探测速度慢,且士兵容易中毒。  俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统,可以实时地远距离探测化学毒剂攻击,确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数,并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号,比传统探测前进了一大步。  德国研制成功的VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进,它使用两台9―11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器,利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂,既安全又准确。  机载海洋激光雷达  传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式,声纳可分为主动式和被动式,可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大,重量一般在600公斤以上,有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备,通过发射大功率窄脉冲激光,探测海面下目标并进行分类,既简便,精度又高。  迄今,机载海洋激光雷达已发展了三代产品。20世纪90年代研制成功的第三代系统以第二代系统为基础,增加了GPS定位和定高功能,系统与自动导航仪接口,实现了航线和高度的自动控制。  成像激光雷达可水下探物  美国诺斯罗普公司为美国国防高级研究计划局研制的ALARMS机载水雷探测系统,具有自动、实时检测功能和三维定位能力,定位分辨率高,可以24小时工作,采用卵形扫描方式探测水下可疑目标。美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达,最大特点是可对水下目标成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积大,因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外,成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征,更加便于识别目标,这已是成像激光雷达的一大优势。HistoryandVisionHistoryVelodyne'sexpertisewithlaserdistancemeasurementstartedbyparticipatinginthe2005GrandChallengesponsoredbytheDefenseAdvancedResearchProjectsAgency(DARPA).AraceforautonomousvehiclesacrosstheMojavedesert,DARPA'sgoalwastostimulateautonomousvehicletechnologydevelopmentforbothmilitaryandcommercialapplications.VelodynefoundersDaveandBruceHallenteredthecompetitionasTeamDAD(DigitalAudioDrive),traveling6.2milesinthefirsteventand25milesinthesecond.Theteamdevelopedtechnologyforvisualizingtheenvironment,firstusingadualvideocameraapproachandlaterdevelopingthelaser-basedsystemthatlaidthefoundationforVelodyne'scurrentproducts.ThefirstVelodyneLIDARscannerwasabout30inchesindiameterandweighedcloseto100lbs.ChoosingtocommercializetheLIDARscannerinsteadofcompetinginsubsequentchallengeevents,Velodynewasabletodramaticallyreducethesensor'ssizeandweightwhilealsoimprovingperformance.Velodyne'sHDL-64EsensorwastheprimarymeansofterrainmapconstructionandobstacledetectionforallthetopDARPAUrbanChallengeteams.VisionVelodyne'sultimatevisionforitsLIDARtechnologyissimple:tosavelives.Weseethedaywherethissensortechnologyisdeployedoneveryvehicleintheworld.WhiletraditionalLIDARsensorshavereliedonfixedelectronicsandrotatingmirrorstodelivera3-Dterrainmap,therotationofanentirearrayofmultiplefixedlasershasproventobeaquantumleapforwardinsensingtechnology.Thisaccomplishmenthasbeentermeda"disruptiveevent"bycarsafetyresearchgroups,whoseethetechnologyasareasontorethinkallthatweknowaboutvehiclesensorsandthesafetysystemstheyenable.Untilthedaywhenwehelpeliminateautomobile-relatedcasualties,VelodyneplanstomarketitsuniqueLIDARtechnologywhereversophisticated3-Denvironmentunderstandingisrequired:robotics,mapcapture,surveying,autonomousnavigation,automotivesafetyystems,andindustrialapplications.激光雷达介绍  激光雷达  LiDAR(LightLaserDeteetionandRanging),是激光探测及测距系统的简称。  用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器,如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线是光学望远镜;接收机采用各种形式的光电探测器,如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式,探测方法分直接探测与外差探测。激光雷达的历史  自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来,利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术,使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来,立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术,是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。  随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用,数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来,并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化,如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长,以致于不适应当前信息社会的需要,也不能满足&ldquo 数字地球&rdquo 对测绘的要求。  LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展,源自1970年,美国航天局(NASA)的研发。因全球定位系统(GlobalPositioningSystem、GPS)及惯性导航系统(InertialInertiNavigationSystem、INS)的发展,使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合,形成空载激光扫描仪(Ackermann-19)。之后,空载激光扫瞄仪随即发展相当快速,约从1995年开始商业化,目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪,可选择的型号超过30种(Baltsavias-1999)。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射(multipleechoes)的观测值,测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。  激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径,而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面,为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料,并取得了显著的经济效益,展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比,具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前,广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据,机载LIDAR技术正好满足这个需求,因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。  快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提,因此,开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下,国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。  由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序,它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定&ldquo 规范&rdquo 的基本原则,都要求前一工序的成果所包含的误差,对后一工序的影响应为最小。因此,通过研究机载激光雷达作业流程,优化设计作业方案来提高数据质量,是非常有意义的。LiDAR的基本原理  LIDAR是一种集激光,全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统,用于获得数据并生成精确的DEM。这三种技术的结合,可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统,这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量,这也正是LIDAR一词的英文原译,即:LIghtDetectionAndRanging-LIDAR。  激光本身具有非常精确的测距能力,其测距精度可达几个厘米,而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素,还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展,通过LIDAR从移动平台上(如在飞机上)获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。  LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲,打在物体上并反射回来,最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播,所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的,传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度,激光扫描角度,从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向,就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X,Y,Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言,一个频率为每秒一万次脉冲的系统,接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言,LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。激光雷达的妙用  激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统,其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达,把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状,探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力,科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。  直升机障碍物规避激光雷达  目前,激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学/生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段,其它军事应用研究亦日趋成熟。  直升机在进行低空巡逻飞行时,极易与地面小山或建筑物相撞。为此,研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前,这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。  美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统,使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域,地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上,为安全飞行起了很大的保障作用。  德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的Hel??las障碍探测激光雷达更高一筹,它是一种固体1.54微米成像激光雷达,视场为32度× 32度,能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线,将装在新型EC―135和EC―155直升机上。  法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达具有多种功能,采用CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍,还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能,适用于飞机和直升机。  化学战剂探测激光雷达  传统的化学战剂探测装置由士兵肩负,一边探测一边前进,探测速度慢,且士兵容易中毒。  俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统,可以实时地远距离探测化学毒剂攻击,确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数,并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号,比传统探测前进了一大步。  德国研制成功的VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进,它使用两台9―11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器,利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂,既安全又准确。  机载海洋激光雷达  传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式,声纳可分为主动式和被动式,可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大,重量一般在600公斤以上,有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备,通过发射大功率窄脉冲激光,探测海面下目标并进行分类,既简便,精度又高。  迄今,机载海洋激光雷达已发展了三代产品。20世纪90年代研制成功的第三代系统以第二代系统为基础,增加了GPS定位和定高功能,系统与自动导航仪接口,实现了航线和高度的自动控制。  成像激光雷达可水下探物  美国诺斯罗普公司为美国国防高级研究计划局研制的ALARMS机载水雷探测系统,具有自动、实时检测功能和三维定位能力,定位分辨率高,可以24小时工作,采用卵形扫描方式探测水下可疑目标。美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达,最大特点是可对水下目标成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积大,因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外,成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征,更加便于识别目标,这已是成像激光雷达的一大优势。HistoryandVisionHistoryVelodyne'sexpertisewithlaserdistancemeasurementstartedbyparticipatinginthe2005GrandChallengesponsoredbytheDefenseAdvancedResearchProjectsAgency(DARPA).AraceforautonomousvehiclesacrosstheMojavedesert,DARPA'sgoalwastostimulateautonomousvehicletechnologydevelopmentforbothmilitaryandcommercialapplications.VelodynefoundersDaveandBruceHallenteredthecompetitionasTeamDAD(DigitalAudioDrive),traveling6.2milesinthefirsteventand25milesinthesecond.Theteamdevelopedtechnologyforvisualizingtheenvironment,firstusingadualvideocameraapproachandlaterdevelopingthelaser-basedsystemthatlaidthefoundationforVelodyne'scurrentproducts.ThefirstVelodyneLIDARscannerwasabout30inchesindiameterandweighedcloseto100lbs.ChoosingtocommercializetheLIDARscannerinsteadofcompetinginsubsequentchallengeevents,Velodynewasabletodramaticallyreducethesensor'ssizeandweightwhilealsoimprovingperformance.Velodyne'sHDL-64EsensorwastheprimarymeansofterrainmapconstructionandobstacledetectionforallthetopDARPAUrbanChallengeteams.VisionVelodyne'sultimatevisionforitsLIDARtechnologyissimple:tosavelives.Weseethedaywherethissensortechnologyisdeployedoneveryvehicleintheworld.WhiletraditionalLIDARsensorshavereliedonfixedelectronicsandrotatingmirrorstodelivera3-Dterrainmap,therotationofanentirearrayofmultiplefixedlasershasproventobeaquantumleapforwardinsensingtechnology.Thisaccomplishmenthasbeentermeda"disruptiveevent"bycarsafetyresearchgroups,whoseethetechnologyasareasontorethinkallthatweknowaboutvehiclesensorsandthesafetysystemstheyenable.Untilthedaywhenwehelpeliminateautomobile-relatedcasualties,VelodyneplanstomarketitsuniqueLIDARtechnologywhereversophisticated3-Denvironmentunderstandingisrequired:robotics,mapcapture,surveying,autonomousnavigation,automotivesafetyystems,andindustrialapplications.激光雷达介绍  激光雷达  LiDAR(LightLaserDeteetionandRanging),是激光探测及测距系统的简称。  用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器,如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线是光学望远镜;接收机采用各种形式的光电探测器,如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式,探测方法分直接探测与外差探测。激光雷达的历史  自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来,利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术,使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来,立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术,是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。  随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用,数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来,并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化,如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长,以致于不适应当前信息社会的需要,也不能满足&ldquo 数字地球&rdquo 对测绘的要求。  LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展,源自1970年,美国航天局(NASA)的研发。因全球定位系统(GlobalPositioningSystem、GPS)及惯性导航系统(InertialInertiNavigationSystem、INS)的发展,使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合,形成空载激光扫描仪(Ackermann-19)。之后,空载激光扫瞄仪随即发展相当快速,约从1995年开始商业化,目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪,可选择的型号超过30种(Baltsavias-1999)。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射(multipleechoes)的观测值,测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。  激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径,而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面,为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料,并取得了显著的经济效益,展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比,具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前,广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据,机载LIDAR技术正好满足这个需求,因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。  快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提,因此,开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下,国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。  由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序,它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定&ldquo 规范&rdquo 的基本原则,都要求前一工序的成果所包含的误差,对后一工序的影响应为最小。因此,通过研究机载激光雷达作业流程,优化设计作业方案来提高数据质量,是非常有意义的。LiDAR的基本原理  LIDAR是一种集激光,全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统,用于获得数据并生成精确的DEM。这三种技术的结合,可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统,这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量,这也正是LIDAR一词的英文原译,即:LIghtDetectionAndRanging-LIDAR。  激光本身具有非常精确的测距能力,其测距精度可达几个厘米,而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素,还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展,通过LIDAR从移动平台上(如在飞机上)获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。  LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲,打在物体上并反射回来,最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播,所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的,传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度,激光扫描角度,从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向,就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X,Y,Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言,一个频率为每秒一万次脉冲的系统,接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言,LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。激光雷达的妙用  激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统,其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达,把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状,探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力,科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。  直升机障碍物规避激光雷达  目前,激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学/生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段,其它军事应用研究亦日趋成熟。  直升机在进行低空巡逻飞行时,极易与地面小山或建筑物相撞。为此,研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前,这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。  美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统,使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域,地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上,为安全飞行起了很大的保障作用。  德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的Hel??las障碍探测激光雷达更高一筹,它是一种固体1.54微米成像激光雷达,视场为32度× 32度,能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线,将装在新型EC―135和EC―155直升机上。  法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达具有多种功能,采用CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍,还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能,适用于飞机和直升机。  化学战剂探测激光雷达  传统的化学战剂探测装置由士兵肩负,一边探测一边前进,探测速度慢,且士兵容易中毒。  俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统,可以实时地远距离探测化学毒剂攻击,确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数,并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号,比传统探测前进了一大步。  德国研制成功的VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进,它使用两台9―11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器,利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂,既安全又准确。  机载海洋激光雷达  传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式,声纳可分为主动式和被动式,可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大,重量一般在600公斤以上,有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备,通过发射大功率窄脉冲激光,探测海面下目标并进行分类,既简便,精度又高。  迄今,机载海洋激光雷达已发展了三代产品。20世纪90年代研制成功的第三代系统以第二代系统为基础,增加了GPS定位和定高功能,系统与自动导航仪接口,实现了航线和高度的自动控制。  成像激光雷达可水下探物  美国诺斯罗普公司为美国国防高级研究计划局研制的ALARMS机载水雷探测系统,具有自动、实时检测功能和三维定位能力,定位分辨率高,可以24小时工作,采用卵形扫描方式探测水下可疑目标。美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达,最大特点是可对水下目标成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积大,因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外,成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征,更加便于识别目标,这已是成像激光雷达的一大优势。HistoryandVisionHistoryVelodyne'sexpertisewithlaserdistancemeasurementstartedbyparticipatinginthe2005GrandChallengesponsoredbytheDefenseAdvancedResearchProjectsAgency(DARPA).AraceforautonomousvehiclesacrosstheMojavedesert,DARPA'sgoalwastostimulateautonomousvehicletechnologydevelopmentforbothmilitaryandcommercialapplications.VelodynefoundersDaveandBruceHallenteredthecompetitionasTeamDAD(DigitalAudioDrive),traveling6.2milesinthefirsteventand25milesinthesecond.Theteamdevelopedtechnologyforvisualizingtheenvironment,firstusingadualvideocameraapproachandlaterdevelopingthelaser-basedsystemthatlaidthefoundationforVelodyne'scurrentproducts.ThefirstVelodyneLIDARscannerwasabout30inchesindiameterandweighedcloseto100lbs.ChoosingtocommercializetheLIDARscannerinsteadofcompetinginsubsequentchallengeevents,Velodynewasabletodramaticallyreducethesensor'ssizeandweightwhilealsoimprovingperformance.Velodyne'sHDL-64EsensorwastheprimarymeansofterrainmapconstructionandobstacledetectionforallthetopDARPAUrbanChallengeteams.VisionVelodyne'sultimatevisionforitsLIDARtechnologyissimple:tosavelives.Weseethedaywherethissensortechnologyisdeployedoneveryvehicleintheworld.WhiletraditionalLIDARsensorshavereliedonfixedelectronicsandrotatingmirrorstodelivera3-Dterrainmap,therotationofanentirearrayofmultiplefixedlasershasproventobeaquantumleapforwardinsensingtechnology.Thisaccomplishmenthasbeentermeda"disruptiveevent"bycarsafetyresearchgroups,whoseethetechnologyasareasontorethinkallthatweknowaboutvehiclesensorsandthesafetysystemstheyenable.Untilthedaywhenwehelpeliminateautomobile-relatedcasualties,VelodyneplanstomarketitsuniqueLIDARtechnologywhereversophisticated3-Denvironmentunderstandingisrequired:robotics,mapcapture,surveying,autonomousnavigation,automotivesafetyystems,andindustrialapplications.激光雷达介绍  激光雷达  LiDAR(LightLaserDeteetionandRanging),是激光探测及测距系统的简称。  用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器,如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线是光学望远镜;接收机采用各种形式的光电探测器,如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式,探测方法分直接探测与外差探测。激光雷达的历史  自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来,利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术,使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来,立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术,是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。  随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用,数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来,并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化,如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长,以致于不适应当前信息社会的需要,也不能满足&ldquo 数字地球&rdquo 对测绘的要求。  LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展,源自1970年,美国航天局(NASA)的研发。因全球定位系统(GlobalPositioningSystem、GPS)及惯性导航系统(InertialInertiNavigationSystem、INS)的发展,使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合,形成空载激光扫描仪(Ackermann-19)。之后,空载激光扫瞄仪随即发展相当快速,约从1995年开始商业化,目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪,可选择的型号超过30种(Baltsavias-1999)。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射(multipleechoes)的观测值,测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。  激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径,而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面,为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料,并取得了显著的经济效益,展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比,具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前,广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据,机载LIDAR技术正好满足这个需求,因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。  快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提,因此,开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下,国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。  由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序,它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定&ldquo 规范&rdquo 的基本原则,都要求前一工序的成果所包含的误差,对后一工序的影响应为最小。因此,通过研究机载激光雷达作业流程,优化设计作业方案来提高数据质量,是非常有意义的。LiDAR的基本原理  LIDAR是一种集激光,全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统,用于获得数据并生成精确的DEM。这三种技术的结合,可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统,这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量,这也正是LIDAR一词的英文原译,即:LIghtDetectionAndRanging-LIDAR。  激光本身具有非常精确的测距能力,其测距精度可达几个厘米,而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素,还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展,通过LIDAR从移动平台上(如在飞机上)获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。  LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲,打在物体上并反射回来,最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播,所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的,传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度,激光扫描角度,从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向,就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X,Y,Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言,一个频率为每秒一万次脉冲的系统,接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言,LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。激光雷达的妙用  激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统,其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达,把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状,探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力,科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。  直升机障碍物规避激光雷达  目前,激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学/生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段,其它军事应用研究亦日趋成熟。  直升机在进行低空巡逻飞行时,极易与地面小山或建筑物相撞。为此,研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前,这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。  美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统,使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域,地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上,为安全飞行起了很大的保障作用。  德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的Hel??las障碍探测激光雷达更高一筹,它是一种固体1.54微米成像激光雷达,视场为32度× 32度,能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线,将装在新型EC―135和EC―155直升机上。  法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达具有多种功能,采用CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍,还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能,适用于飞机和直升机。  化学战剂探测激光雷达  传统的化学战剂探测装置由士兵肩负,一边探测一边前进,探测速度慢,且士兵容易中毒。  俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统,可以实时地远距离探测化学毒剂攻击,确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数,并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号,比传统探测前进了一大步。  德国研制成功的VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进,它使用两台9―11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器,利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂,既安全又准确。  机载海洋激光雷达  传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式,声纳可分为主动式和被动式,可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大,重量一般在600公斤以上,有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备,通过发射大功率窄脉冲激光,探测海面下目标并进行分类,既简便,精度又高。  迄今,机载海洋激光雷达已发展了三代产品。20世纪90年代研制成功的第三代系统以第二代系统为基础,增加了GPS定位和定高功能,系统与自动导航仪接口,实现了航线和高度的自动控制。  成像激光雷达可水下探物  美国诺斯罗普公司为美国国防高级研究计划局研制的ALARMS机载水雷探测系统,具有自动、实时检测功能和三维定位能力,定位分辨率高,可以24小时工作,采用卵形扫描方式探测水下可疑目标。美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达,最大特点是可对水下目标成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积大,因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外,成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征,更加便于识别目标,这已是成像激光雷达的一大优势。HistoryandVisionHistoryVelodyne'sexpertisewithlaserdistancemeasurementstartedbyparticipatinginthe2005GrandChallengesponsoredbytheDefenseAdvancedResearchProjectsAgency(DARPA).AraceforautonomousvehiclesacrosstheMojavedesert,DARPA'sgoalwastostimulateautonomousvehicletechnologydevelopmentforbothmilitaryandcommercialapplications.VelodynefoundersDaveandBruceHallenteredthecompetitionasTeamDAD(DigitalAudioDrive),traveling6.2milesinthefirsteventand25milesinthesecond.Theteamdevelopedtechnologyforvisualizingtheenvironment,firstusingadualvideocameraapproachandlaterdevelopingthelaser-basedsystemthatlaidthefoundationforVelodyne'scurrentproducts.ThefirstVelodyneLIDARscannerwasabout30inchesindiameterandweighedcloseto100lbs.ChoosingtocommercializetheLIDARscannerinsteadofcompetinginsubsequentchallengeevents,Velodynewasabletodramaticallyreducethesensor'ssizeandweightwhilealsoimprovingperformance.Velodyne'sHDL-64EsensorwastheprimarymeansofterrainmapconstructionandobstacledetectionforallthetopDARPAUrbanChallengeteams.VisionVelodyne'sultimatevisionforitsLIDARtechnologyissimple:tosavelives.Weseethedaywherethissensortechnologyisdeployedoneveryvehicleintheworld.WhiletraditionalLIDARsensorshavereliedonfixedelectronicsandrotatingmirrorstodelivera3-Dterrainmap,therotationofanentirearrayofmultiplefixedlasershasproventobeaquantumleapforwardinsensingtechnology.Thisaccomplishmenthasbeentermeda"disruptiveevent"bycarsafetyresearchgroups,whoseethetechnologyasareasontorethinkallthatweknowaboutvehiclesensorsandthesafetysystemstheyenable.Untilthedaywhenwehelpeliminateautomobile-relatedcasualties,VelodyneplanstomarketitsuniqueLIDARtechnologywhereversophisticated3-Denvironmentunderstandingisrequired:robotics,mapcapture,surveying,autonomousnavigation,automotivesafetyystems,andindustrialapplications.激光雷达介绍  激光雷达  LiDAR(LightLaserDeteetionandRanging),是激光探测及测距系统的简称。  用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器,如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线是光学望远镜;接收机采用各种形式的光电探测器,如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式,探测方法分直接探测与外差探测。激光雷达的历史  自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来,利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术,使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来,立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术,是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。  随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用,数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来,并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化,如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长,以致于不适应当前信息社会的需要,也不能满足&ldquo 数字地球&rdquo 对测绘的要求。  LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展,源自1970年,美国航天局(NASA)的研发。因全球定位系统(GlobalPositioningSystem、GPS)及惯性导航系统(InertialInertiNavigationSystem、INS)的发展,使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合,形成空载激光扫描仪(Ackermann-19)。之后,空载激光扫瞄仪随即发展相当快速,约从1995年开始商业化,目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪,可选择的型号超过30种(Baltsavias-1999)。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射(multipleechoes)的观测值,测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。  激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径,而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面,为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料,并取得了显著的经济效益,展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比,具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前,广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据,机载LIDAR技术正好满足这个需求,因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。  快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提,因此,开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下,国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。  由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序,它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定&ldquo 规范&rdquo 的基本原则,都要求前一工序的成果所包含的误差,对后一工序的影响应为最小。因此,通过研究机载激光雷达作业流程,优化设计作业方案来提高数据质量,是非常有意义的。LiDAR的基本原理  LIDAR是一种集激光,全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统,用于获得数据并生成精确的DEM。这三种技术的结合,可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统,这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量,这也正是LIDAR一词的英文原译,即:LIghtDetectionAndRanging-LIDAR。  激光本身具有非常精确的测距能力,其测距精度可达几个厘米,而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素,还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展,通过LIDAR从移动平台上(如在飞机上)获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。  LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲,打在物体上并反射回来,最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播,所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的,传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度,激光扫描角度,从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向,就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X,Y,Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言,一个频率为每秒一万次脉冲的系统,接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言,LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。激光雷达的妙用  激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统,其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达,把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状,探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力,科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。  直升机障碍物规避激光雷达  目前,激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学/生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段,其它军事应用研究亦日趋成熟。  直升机在进行低空巡逻飞行时,极易与地面小山或建筑物相撞。为此,研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前,这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。  美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统,使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域,地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上,为安全飞行起了很大的保障作用。  德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的Hel??las障碍探测激光雷达更高一筹,它是一种固体1.54微米成像激光雷达,视场为32度× 32度,能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线,将装在新型EC―135和EC―155直升机上。  法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达具有多种功能,采用CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍,还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能,适用于飞机和直升机。  化学战剂探测激光雷达  传统的化学战剂探测装置由士兵肩负,一边探测一边前进,探测速度慢,且士兵容易中毒。  俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统,可以实时地远距离探测化学毒剂攻击,确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数,并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号,比传统探测前进了一大步。  德国研制成功的VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进,它使用两台9―11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器,利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂,既安全又准确。  机载海洋激光雷达  传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式,声纳可分为主动式和被动式,可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大,重量一般在600公斤以上,有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备,通过发射大功率窄脉冲激光,探测海面下目标并进行分类,既简便,精度又高。  迄今,机载海洋激光雷达已发展了三代产品。20世纪90年代研制成功的第三代系统以第二代系统为基础,增加了GPS定位和定高功能,系统与自动导航仪接口,实现了航线和高度的自动控制。  成像激光雷达可水下探物  美国诺斯罗普公司为美国国防高级研究计划局研制的ALARMS机载水雷探测系统,具有自动、实时检测功能和三维定位能力,定位分辨率高,可以24小时工作,采用卵形扫描方式探测水下可疑目标。美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达,最大特点是可对水下目标成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积大,因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外,成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征,更加便于识别目标,这已是成像激光雷达的一大优势。HistoryandVisionHistoryVelodyne'sexpertisewithlaserdistancemeasurementstartedbyparticipatinginthe2005GrandChallengesponsoredbytheDefenseAdvancedResearchProjectsAgency(DARPA).AraceforautonomousvehiclesacrosstheMojavedesert,DARPA'sgoalwastostimulateautonomousvehicletechnologydevelopmentforbothmilitaryandcommercialapplications.VelodynefoundersDaveandBruceHallenteredthecompetitionasTeamDAD(DigitalAudioDrive),traveling6.2milesinthefirsteventand25milesinthesecond.Theteamdevelopedtechnologyforvisualizingtheenvironment,firstusingadualvideocameraapproachandlaterdevelopingthelaser-basedsystemthatlaidthefoundationforVelodyne'scurrentproducts.ThefirstVelodyneLIDARscannerwasabout30inchesindiameterandweighedcloseto100lbs.ChoosingtocommercializetheLIDARscannerinsteadofcompetinginsubsequentchallengeevents,Velodynewasabletodramaticallyreducethesensor'ssizeandweightwhilealsoimprovingperformance.Velodyne'sHDL-64EsensorwastheprimarymeansofterrainmapconstructionandobstacledetectionforallthetopDARPAUrbanChallengeteams.VisionVelodyne'sultimatevisionforitsLIDARtechnologyissimple:tosavelives.Weseethedaywherethissensortechnologyisdeployedoneveryvehicleintheworld.WhiletraditionalLIDARsensorshavereliedonfixedelectronicsandrotatingmirrorstodelivera3-Dterrainmap,therotationofanentirearrayofmultiplefixedlasershasproventobeaquantumleapforwardinsensingtechnology.Thisaccomplishmenthasbeentermeda"disruptiveevent"bycarsafetyresearchgroups,whoseethetechnologyasareasontorethinkallthatweknowaboutvehiclesensorsandthesafetysystemstheyenable.Untilthedaywhenwehelpeliminateautomobile-relatedcasualties,VelodyneplanstomarketitsuniqueLIDARtechnologywhereversophisticated3-Denvironmentunderstandingisrequired:robotics,mapcapture,surveying,autonomousnavigation,automotivesafetyystems,andindustrialapplications.激光雷达介绍  激光雷达  LiDAR(LightLaserDeteetionandRanging),是激光探测及测距系统的简称。  用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器,如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线是光学望远镜;接收机采用各种形式的光电探测器,如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式,探测方法分直接探测与外差探测。激光雷达的历史  自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来,利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术,使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来,立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术,是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。  随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用,数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来,并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化,如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长,以致于不适应当前信息社会的需要,也不能满足&ldquo 数字地球&rdquo 对测绘的要求。  LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展,源自1970年,美国航天局(NASA)的研发。因全球定位系统(GlobalPositioningSystem、GPS)及惯性导航系统(InertialInertiNavigationSystem、INS)的发展,使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合,形成空载激光扫描仪(Ackermann-19)。之后,空载激光扫瞄仪随即发展相当快速,约从1995年开始商业化,目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪,可选择的型号超过30种(Baltsavias-1999)。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射(multipleechoes)的观测值,测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。  激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径,而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面,为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料,并取得了显著的经济效益,展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比,具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前,广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据,机载LIDAR技术正好满足这个需求,因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。  快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提,因此,开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下,国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。  由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序,它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定&ldquo 规范&rdquo 的基本原则,都要求前一工序的成果所包含的误差,对后一工序的影响应为最小。因此,通过研究机载激光雷达作业流程,优化设计作业方案来提高数据质量,是非常有意义的。LiDAR的基本原理  LIDAR是一种集激光,全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统,用于获得数据并生成精确的DEM。这三种技术的结合,可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统,这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量,这也正是LIDAR一词的英文原译,即:LIghtDetectionAndRanging-LIDAR。  激光本身具有非常精确的测距能力,其测距精度可达几个厘米,而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素,还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展,通过LIDAR从移动平台上(如在飞机上)获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。  LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲,打在物体上并反射回来,最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播,所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的,传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度,激光扫描角度,从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向,就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X,Y,Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言,一个频率为每秒一万次脉冲的系统,接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言,LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。激光雷达的妙用  激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统,其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达,把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状,探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力,科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。  直升机障碍物规避激光雷达  目前,激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学/生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段,其它军事应用研究亦日趋成熟。  直升机在进行低空巡逻飞行时,极易与地面小山或建筑物相撞。为此,研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前,这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。  美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统,使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域,地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上,为安全飞行起了很大的保障作用。  德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的Hel??las障碍探测激光雷达更高一筹,它是一种固体1.54微米成像激光雷达,视场为32度× 32度,能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线,将装在新型EC―135和EC―155直升机上。  法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达具有多种功能,采用CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍,还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能,适用于飞机和直升机。  化学战剂探测激光雷达  传统的化学战剂探测装置由士兵肩负,一边探测一边前进,探测速度慢,且士兵容易中毒。  俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统,可以实时地远距离探测化学毒剂攻击,确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数,并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号,比传统探测前进了一大步。  德国研制成功的VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进,它使用两台9―11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器,利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂,既安全又准确。  机载海洋激光雷达  传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式,声纳可分为主动式和被动式,可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大,重量一般在600公斤以上,有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备,通过发射大功率窄脉冲激光,探测海面下目标并进行分类,既简便,精度又高。  迄今,机载海洋激光雷达已发展了三代产品。20世纪90年代研制成功的第三代系统以第二代系统为基础,增加了GPS定位和定高功能,系统与自动导航仪接口,实现了航线和高度的自动控制。  成像激光雷达可水下探物  美国诺斯罗普公司为美国国防高级研究计划局研制的ALARMS机载水雷探测系统,具有自动、实时检测功能和三维定位能力,定位分辨率高,可以24小时工作,采用卵形扫描方式探测水下可疑目标。美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达,最大特点是可对水下目标成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积大,因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外,成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征,更加便于识别目标,这已是成像激光雷达的一大优势。HistoryandVisionHistoryVelodyne'sexpertisewithlaserdistancemeasurementstartedbyparticipatinginthe2005GrandChallengesponsoredbytheDefenseAdvancedResearchProjectsAgency(DARPA).AraceforautonomousvehiclesacrosstheMojavedesert,DARPA'sgoalwastostimulateautonomousvehicletechnologydevelopmentforbothmilitaryandcommercialapplications.VelodynefoundersDaveandBruceHallenteredthecompetitionasTeamDAD(DigitalAudioDrive),traveling6.2milesinthefirsteventand25milesinthesecond.Theteamdevelopedtechnologyforvisualizingtheenvironment,firstusingadualvideocameraapproachandlaterdevelopingthelaser-basedsystemthatlaidthefoundationforVelodyne'scurrentproducts.ThefirstVelodyneLIDARscannerwasabout30inchesindiameterandweighedcloseto100lbs.ChoosingtocommercializetheLIDARscannerinsteadofcompetinginsubsequentchallengeevents,Velodynewasabletodramaticallyreducethesensor'ssizeandweightwhilealsoimprovingperformance.Velodyne'sHDL-64EsensorwastheprimarymeansofterrainmapconstructionandobstacledetectionforallthetopDARPAUrbanChallengeteams.VisionVelodyne'sultimatevisionforitsLIDARtechnologyissimple:tosavelives.Weseethedaywherethissensortechnologyisdeployedoneveryvehicleintheworld.WhiletraditionalLIDARsensorshavereliedonfixedelectronicsandrotatingmirrorstodelivera3-Dterrainmap,therotationofanentirearrayofmultiplefixedlasershasproventobeaquantumleapforwardinsensingtechnology.Thisaccomplishmenthasbeentermeda"disruptiveevent"bycarsafetyresearchgroups,whoseethetechnologyasareasontorethinkallthatweknowaboutvehiclesensorsandthesafetysystemstheyenable.Untilthedaywhenwehelpeliminateautomobile-relatedcasualties,VelodyneplanstomarketitsuniqueLIDARtechnologywhereversophisticated3-Denvironmentunderstandingisrequired:robotics,mapcapture,surveying,autonomousnavigation,automotivesafetyystems,andindustrialapplications.激光雷达介绍  激光雷达  LiDAR(LightLaserDeteetionandRanging),是激光探测及测距系统的简称。  用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器,如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线是光学望远镜;接收机采用各种形式的光电探测器,如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式,探测方法分直接探测与外差探测。激光雷达的历史  自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来,利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术,使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来,立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术,是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。  随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用,数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来,并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化,如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长,以致于不适应当前信息社会的需要,也不能满足&ldquo 数字地球&rdquo 对测绘的要求。  LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展,源自1970年,美国航天局(NASA)的研发。因全球定位系统(GlobalPositioningSystem、GPS)及惯性导航系统(InertialInertiNavigationSystem、INS)的发展,使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合,形成空载激光扫描仪(Ackermann-19)。之后,空载激光扫瞄仪随即发展相当快速,约从1995年开始商业化,目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪,可选择的型号超过30种(Baltsavias-1999)。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射(multipleechoes)的观测值,测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。  激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径,而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面,为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料,并取得了显著的经济效益,展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比,具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前,广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据,机载LIDAR技术正好满足这个需求,因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。  快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提,因此,开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下,国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。  由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序,它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定&ldquo 规范&rdquo 的基本原则,都要求前一工序的成果所包含的误差,对后一工序的影响应为最小。因此,通过研究机载激光雷达作业流程,优化设计作业方案来提高数据质量,是非常有意义的。LiDAR的基本原理  LIDAR是一种集激光,全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统,用于获得数据并生成精确的DEM。这三种技术的结合,可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统,这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量,这也正是LIDAR一词的英文原译,即:LIghtDetectionAndRanging-LIDAR。  激光本身具有非常精确的测距能力,其测距精度可达几个厘米,而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素,还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展,通过LIDAR从移动平台上(如在飞机上)获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。  LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲,打在物体上并反射回来,最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播,所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的,传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度,激光扫描角度,从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向,就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X,Y,Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言,一个频率为每秒一万次脉冲的系统,接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言,LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。激光雷达的妙用  激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统,其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达,把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状,探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力,科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。  直升机障碍物规避激光雷达  目前,激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学/生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段,其它军事应用研究亦日趋成熟。  直升机在进行低空巡逻飞行时,极易与地面小山或建筑物相撞。为此,研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前,这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。  美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统,使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域,地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上,为安全飞行起了很大的保障作用。  德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的Hel??las障碍探测激光雷达更高一筹,它是一种固体1.54微米成像激光雷达,视场为32度× 32度,能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线,将装在新型EC―135和EC―155直升机上。  法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达具有多种功能,采用CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍,还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能,适用于飞机和直升机。  化学战剂探测激光雷达  传统的化学战剂探测装置由士兵肩负,一边探测一边前进,探测速度慢,且士兵容易中毒。  俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统,可以实时地远距离探测化学毒剂攻击,确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数,并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号,比传统探测前进了一大步。  德国研制成功的VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进,它使用两台9―11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器,利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂,既安全又准确。  机载海洋激光雷达  传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式,声纳可分为主动式和被动式,可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大,重量一般在600公斤以上,有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备,通过发射大功率窄脉冲激光,探测海面下目标并进行分类,既简便,精度又高。  迄今,机载海洋激光雷达已发展了三代产品。20世纪90年代研制成功的第三代系统以第二代系统为基础,增加了GPS定位和定高功能,系统与自动导航仪接口,实现了航线和高度的自动控制。  成像激光雷达可水下探物  美国诺斯罗普公司为美国国防高级研究计划局研制的ALARMS机载水雷探测系统,具有自动、实时检测功能和三维定位能力,定位分辨率高,可以24小时工作,采用卵形扫描方式探测水下可疑目标。美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达,最大特点是可对水下目标成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积大,因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外,成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征,更加便于识别目标,这已是成像激光雷达的一大优势。HistoryandVisionHistoryVelodyne'sexpertisewithlaserdistancemeasurementstartedbyparticipatinginthe2005GrandChallengesponsoredbytheDefenseAdvancedResearchProjectsAgency(DARPA).AraceforautonomousvehiclesacrosstheMojavedesert,DARPA'sgoalwastostimulateautonomousvehicletechnologydevelopmentforbothmilitaryandcommercialapplications.VelodynefoundersDaveandBruceHallenteredthecompetitionasTeamDAD(DigitalAudioDrive),traveling6.2milesinthefirsteventand25milesinthesecond.Theteamdevelopedtechnologyforvisualizingtheenvironment,firstusingadualvideocameraapproachandlaterdevelopingthelaser-basedsystemthatlaidthefoundationforVelodyne'scurrentproducts.ThefirstVelodyneLIDARscannerwasabout30inchesindiameterandweighedcloseto100lbs.ChoosingtocommercializetheLIDARscannerinsteadofcompetinginsubsequentchallengeevents,Velodynewasabletodramaticallyreducethesensor'ssizeandweightwhilealsoimprovingperformance.Velodyne'sHDL-64EsensorwastheprimarymeansofterrainmapconstructionandobstacledetectionforallthetopDARPAUrbanChallengeteams.VisionVelodyne'sultimatevisionforitsLIDARtechnologyissimple:tosavelives.Weseethedaywherethissensortechnologyisdeployedoneveryvehicleintheworld.WhiletraditionalLIDARsensorshavereliedonfixedelectronicsandrotatingmirrorstodelivera3-Dterrainmap,therotationofanentirearrayofmultiplefixedlasershasproventobeaquantumleapforwardinsensingtechnology.Thisaccomplishmenthasbeentermeda"disruptiveevent"bycarsafetyresearchgroups,whoseethetechnologyasareasontorethinkallthatweknowaboutvehiclesensorsandthesafetysystemstheyenable.Untilthedaywhenwehelpeliminateautomobile-relatedcasualties,VelodyneplanstomarketitsuniqueLIDARtechnologywhereversophisticated3-Denvironmentunderstandingisrequired:robotics,mapcapture,surveying,autonomousnavigation,automotivesafetyystems,andindustrialapplications.激光雷达介绍  激光雷达  LiDAR(LightLaserDeteetionandRanging),是激光探测及测距系统的简称。  用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器,如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线是光学望远镜;接收机采用各种形式的光电探测器,如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式,探测方法分直接探测与外差探测。激光雷达的历史  自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来,利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术,使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来,立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术,是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。  随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用,数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来,并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化,如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长,以致于不适应当前信息社会的需要,也不能满足&ldquo 数字地球&rdquo 对测绘的要求。  LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展,源自1970年,美国航天局(NASA)的研发。因全球定位系统(GlobalPositioningSystem、GPS)及惯性导航系统(InertialInertiNavigationSystem、INS)的发展,使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合,形成空载激光扫描仪(Ackermann-19)。之后,空载激光扫瞄仪随即发展相当快速,约从1995年开始商业化,目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪,可选择的型号超过30种(Baltsavias-1999)。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射(multipleechoes)的观测值,测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。  激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径,而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面,为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料,并取得了显著的经济效益,展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比,具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前,广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据,机载LIDAR技术正好满足这个需求,因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。  快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提,因此,开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下,国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。  由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序,它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定&ldquo 规范&rdquo 的基本原则,都要求前一工序的成果所包含的误差,对后一工序的影响应为最小。因此,通过研究机载激光雷达作业流程,优化设计作业方案来提高数据质量,是非常有意义的。LiDAR的基本原理  LIDAR是一种集激光,全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统,用于获得数据并生成精确的DEM。这三种技术的结合,可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统,这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量,这也正是LIDAR一词的英文原译,即:LIghtDetectionAndRanging-LIDAR。  激光本身具有非常精确的测距能力,其测距精度可达几个厘米,而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素,还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展,通过LIDAR从移动平台上(如在飞机上)获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。  LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲,打在物体上并反射回来,最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播,所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的,传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度,激光扫描角度,从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向,就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X,Y,Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言,一个频率为每秒一万次脉冲的系统,接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言,LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。激光雷达的妙用  激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统,其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达,把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状,探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力,科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。  直升机障碍物规避激光雷达  目前,激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学/生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段,其它军事应用研究亦日趋成熟。  直升机在进行低空巡逻飞行时,极易与地面小山或建筑物相撞。为此,研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前,这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。  美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统,使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域,地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上,为安全飞行起了很大的保障作用。  德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的Hel??las障碍探测激光雷达更高一筹,它是一种固体1.54微米成像激光雷达,视场为32度× 32度,能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线,将装在新型EC―135和EC―155直升机上。  法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达具有多种功能,采用CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍,还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能,适用于飞机和直升机。  化学战剂探测激光雷达  传统的化学战剂探测装置由士兵肩负,一边探测一边前进,探测速度慢,且士兵容易中毒。  俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统,可以实时地远距离探测化学毒剂攻击,确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数,并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号,比传统探测前进了一大步。  德国研制成功的VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进,它使用两台9―11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器,利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂,既安全又准确。  机载海洋激光雷达  传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式,声纳可分为主动式和被动式,可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大,重量一般在600公斤以上,有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备,通过发射大功率窄脉冲激光,探测海面下目标并进行分类,既简便,精度又高。  迄今,机载海洋激光雷达已发展了三代产品。20世纪90年代研制成功的第三代系统以第二代系统为基础,增加了GPS定位和定高功能,系统与自动导航仪接口,实现了航线和高度的自动控制。  成像激光雷达可水下探物  美国诺斯罗普公司为美国国防高级研究计划局研制的ALARMS机载水雷探测系统,具有自动、实时检测功能和三维定位能力,定位分辨率高,可以24小时工作,采用卵形扫描方式探测水下可疑目标。美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达,最大特点是可对水下目标成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积大,因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外,成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征,更加便于识别目标,这已是成像激光雷达的一大优势。HistoryandVisionHistoryVelodyne'sexpertisewithlaserdistancemeasurementstartedbyparticipatinginthe2005GrandChallengesponsoredbytheDefenseAdvancedResearchProjectsAgency(DARPA).AraceforautonomousvehiclesacrosstheMojavedesert,DARPA'sgoalwastostimulateautonomousvehicletechnologydevelopmentforbothmilitaryandcommercialapplications.VelodynefoundersDaveandBruceHallenteredthecompetitionasTeamDAD(DigitalAudioDrive),traveling6.2milesinthefirsteventand25milesinthesecond.Theteamdevelopedtechnologyforvisualizingtheenvironment,firstusingadualvideocameraapproachandlaterdevelopingthelaser-basedsystemthatlaidthefoundationforVelodyne'scurrentproducts.ThefirstVelodyneLIDARscannerwasabout30inchesindiameterandweighedcloseto100lbs.ChoosingtocommercializetheLIDARscannerinsteadofcompetinginsubsequentchallengeevents,Velodynewasabletodramaticallyreducethesensor'ssizeandweightwhilealsoimprovingperformance.Velodyne'sHDL-64EsensorwastheprimarymeansofterrainmapconstructionandobstacledetectionforallthetopDARPAUrbanChallengeteams.VisionVelodyne'sultimatevisionforitsLIDARtechnologyissimple:tosavelives.Weseethedaywherethissensortechnologyisdeployedoneveryvehicleintheworld.WhiletraditionalLIDARsensorshavereliedonfixedelectronicsandrotatingmirrorstodelivera3-Dterrainmap,therotationofanentirearrayofmultiplefixedlasershasproventobeaquantumleapforwardinsensingtechnology.Thisaccomplishmenthasbeentermeda"disruptiveevent"bycarsafetyresearchgroups,whoseethetechnologyasareasontorethinkallthatweknowaboutvehiclesensorsandthesafetysystemstheyenable.Untilthedaywhenwehelpeliminateautomobile-relatedcasualties,VelodyneplanstomarketitsuniqueLIDARtechnologywhereversophisticated3-Denvironmentunderstandingisrequired:robotics,mapcapture,surveying,autonomousnavigation,automotivesafetyystems,andindustrialapplications.
  • 英国新型激光雷达系统,使超快的低光检测成为可能
    近日,英国科学家首次展示了一种新型激光雷达系统,其使用量子探测技术在水下获取3D图像。该系统拥有极高的灵敏度,即便在水下极低的光线条件下也能捕获详细信息,可用于检查水下风电场电缆和涡轮机等设备的水下结构,也可用于监测或勘测水下考古遗址,以及用于安全和防御等领域。 在水下实时获取物体的3D图像极具挑战性,因为水中的任何粒子都会散射光并使图像失真。基于量子的单光子探测技术具有极高的穿透力,即使在弱光条件下也能工作。在最新研究中,研究人员设计了一个激光雷达系统,该系统使用绿色脉冲激光源来照亮目标场景。反射的脉冲照明由单光子探测器阵列检测,这一方法使超快的低光检测成为可能,并在光子匮乏的环境(如高度衰减的水)中大幅减少测量时间。激光雷达系统通过测量飞行时间(激光从目标物体反射并返回系统接收器所需的时间)来创建图像。通过皮秒计时分辨率测量飞行时间,研究人员可以解析目标的毫米细节。最新方法还能区分目标反射的光子和水中颗粒反射的光子,使其特别适合在高度浑浊的水中进行3D成像。他们还开发了专门用于在高散射条件下成像的算法,并将其与图形处理单元硬件结合使用。在3种不同浊度水平下的实验表明,在3 m距离的受控高散射场景中,3D成像取得了成功。量子检测技术在陆地上的应用,较多见诸报道。其实这种技术在水下的应用,同样空间广阔。例如,利用它进行海底地形勘测、水下考古、海底设备检测等等。不过,将这种技术应用于水下,绝对不意味着将其直接“照搬”。以在海洋中的应用为例,需要考虑海水的腐蚀性、洋流的运动、海底光照条件等多种特殊因素。因此需要使用特殊的耐腐蚀材料,进行特殊的设计,以更加适应水下环境的应用。
  • 我国科学家在激光雷达系统研制上获突破
    记者获悉,中国科学技术大学地球和空间科学学院教授薛向辉团队在相干测风激光雷达系统研制方面首次实现空间分辨率3米、时间分辨率0.1秒的风场探测。据了解,米级-亚秒级分辨率的大气风场探测在航空航天安全、高价值目标保障、数值天气预报等方面具有重大意义,但高时空分辨的连续风场观测对激光雷达仍是一个挑战。据介绍,薛向辉团队雷达样机工作波长为1550.1纳米,通过外场对比试验,该雷达样机风场观测结果与定标设备对比误差小于0.5米每秒。为进一步测试雷达观测性能和环境适应性,薛向辉团队在安徽省宿州市高铁站实地测量了高速列车尾流中的风场结构。雷达在无人值守下连续稳定工作超过100小时,获得了3米和0.1秒高时空分辨率下的350公里每小时的高铁尾流连续观测,并首次利用激光雷达捕捉到高铁尾流中类似于冯卡门涡街的风场结构,与计算流体力学模拟结果高度一致。相关成果发表于国际光学期刊《光学快报》。审稿人认为,“观测结果是引人注目和印象深刻的”“迄今为止首次实现连续观测的高分辨率结果”。中科大地球和空间科学学院博士研究生梁晨为该论文第一作者,王冲副研究员和薛向辉教授为论文共同通讯作者。
  • 安光所第三代大气环境激光雷达监测系统通过验收
    11月10日,中科院合肥物质科学研究院安光所大气光学研究中心研制的第三代测污激光雷达“AML-3大气环境激光雷达监测系统”在北京通过验收并交付中国环境科学研究院使用。  “AML-3大气环境激光雷达监测系统”是一台可移动大气环境质量监测系统,能够监测大气边界层气溶胶,O3、SO2和NO2的时空变化,系统配备的地面大气参数测量分系统能够同时测量近地面O3、SO2、NO2、温湿度、大气压力和风速风向等大气成分和气象参数。  在项目合作方北京国科世纪激光技术有限公司的参与下,验收专家组对激光雷达系统进行了现场测试,测试显示系统各项指标均符合研制合同要求,专家组一致同意通过验收。  验收会上,用户对系统的研制工作给予了高度评价,并与研制方达成共识——AML-3大气环境激光雷达监测系统的圆满交付是开展合作的良好开端,此举将为双方在大气环境质量监测领域进行更广泛深入的合作交流打开局面。     验收会会场  可移动大气环境质量监测系统
  • 一文详解激光雷达
    激光雷达是集激光、全球定位系统(GPS)、和IMU(惯性测量装置)三种技术于一身的系统,相比普通雷达,激光雷达具有分辨率高,隐蔽性好、抗干扰能力更强等优势。随着科技的不断发展,激光雷达的应用越来越广泛,在机器人、无人驾驶、无人车等领域都能看到它的身影,有需求必然会有市场,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,按照使用功能、探测方式、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,并接收该激光光束的反射波,记录该时间差,来确定被测物体与测试点的距离。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。另外,激光测距雷达在空间测绘领域也有广泛应用。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,配合SLAM技术使用,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系列配合slamware模块使用是目前服务机器人自主定位导航的典型代表,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度的测量,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度。激光雷达测速的方法主要有两大类,一类是基于激光雷达测距原理实现,即以一定时间间隔连续测量目标距离,用两次目标距离的差值除以时间间隔就可得知目标的速度值,速度的方向根据距离差值的正负就可以确定。这种方法系统结构简单,测量精度有限,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度时,接收回波信号的频率与发射信号的频率之间会产生一个频率差,这个频率差就是多普勒频移。激光成像雷达激光成像雷达可用于探测和跟踪目标、获得目标方位及速度信息等。它能够完成普通雷达所不能完成的任务,如探测潜艇、水雷、隐藏的军事目标等等。在军事、航空航天、工业和医学领域被广泛应用。大气探测激光雷达大气探测激光雷达主要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暴风雨、沙尘暴等灾害性天气进行预报的目的。跟踪雷达跟踪雷达可以连续的去跟踪一个目标,并测量该目标的坐标,提供目标的运动轨迹。不仅用于火炮控制、导弹制导、外弹道测量、卫星跟踪、突防技术研究等,而且在气象、交通、科学研究等领域也在日益扩大。按工作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,而且很容易实现主振荡器-功率放大器(MOPA)结构,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应用。近年来,激光雷达发展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,它工作在红外波段 ,大气传输衰减小,探测距离远,已经在大气风场和环境监测方面发挥了很大作用,但体积大,使用的中红外 HgCdTe探测器必须在77K温度下工作,限制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方式连续工作,具有长寿命,小体积,低成本和对人眼伤害小的优点,被广泛应用于后向散射信号比较强的Mie散射测量,如探测云底高度。半导体激光雷达的潜在应用是测量能见度,获得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典型代表,其云底高度的测量范围可达7500m。按线数分类单线激光雷达单线激光雷达主要用于规避障碍物,其扫描速度快、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映更加快捷,所以,在测试周围障碍物的距离和精度上都更加精 确。但是,单线雷达只能平面式扫描,不能测量物体高度,有一定局限性。当前主要应用于服务机器人身上,如我们常见的扫地机器人。多线激光雷达多线激光雷达主要应用于汽车的雷达成像,相比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主要有 4线、8线、16 线、32 线和 64 线。但价格高昂,大多车企不会选用。按扫描方式分类MEMS型激光雷达MEMS 型激光雷达可以动态调整自己的扫描模式,以此来聚焦特殊物体,采集更远更小物体的细节信息并对其进行识别,这是传统机械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引导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,速度快到可以在不到一秒时间里跟踪到 2D 扫描模式。Flash型激光雷达Flash型激光雷达能快速记录整个场景,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整个场景。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有它的优势,当然也存在一定的缺陷。当像素越大,需要处理的信号就会越多,如果将海量像素塞进光电探测器,必然会带来各种干扰,其结果就是精度的下降。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整信号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,而现在仍停留在旋转式或 MEMS 激光雷达的时代,机械旋转式激光雷达机械旋转式激光雷达是发展比较早的激光雷达,目前技术比较成熟,但机械旋转式激光雷达系统结构十分复杂,且各核心组件价格也都颇为昂贵,其中主要包括激光器、扫描器、光学组件、光电探测器、接收IC以及位置和导航器件等。由于硬件成本高,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。按探测方式分类直接探测激光雷达直接探测型激光雷达的基本结构与激光测距机颇为相近。工作时,由发射系统发送一个信号,经目标反射后被接收系统收集,通过测量激光信号往返传播的时间而确定目标的距离。至于目标的径向速度,则可以由反射光的多普勒频移来确定,也可以测量两个或多个距离,并计算其变化率而求得速度。相干探测激光雷达相干探测型激光雷达有单稳与双稳之分,在所谓单稳系统中,发送与接收信号共用一个光学孔径,并由发送-接收开关隔离。而双稳系统则包括两个光学孔径,分别供发送与接收信号使用,发送-接收开关自然不再需要,其余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原理来看,连续激光就是一直有光出来,就像打开手电筒的开关,它的光会一直亮着(特殊情况除外)。连续激光是依靠持续亮光到待测高度,进行某个高度下数据采集。由于连续激光的工作特点,某时某刻只能采集到一个点的数据。因为风数据的不确定特性,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取旋转360度,在这个圆边上面采集多点进行平均评估,显然这是一个虚拟平面中的多点统计数据的概念。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。脉冲激光的原理是发射几万个的激光粒子,根据国际通用的多普勒原理,从这几万个激光粒子的反射情况来综合评价某个高度的风况,这个是一个立体的概念,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测量的点位多几十倍,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,以飞行平台为载体,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术。在军民用领域都有广泛的潜力和前景。机载激光雷达探测距离近,激光在大气中传输时,能量受大气影响而衰减,激光雷达的作用距离在20千米以内,尤其在恶劣气候条件下,比如浓雾、大雨和烟、尘,作用距离会大大缩短,难以有效工作。大气湍流也会不同程度上降低激光雷达的测量精度。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,可以通过发射和接受激光束,分析激光遇到目标对象后的折返时间,计算出目标对象与车的相对距离,并利用收集的目标对象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,绘制出环境地图,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重要,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使用了激光雷达,带动车载激光雷达产业迅速扩大。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,具有其它遥感方式所无法比拟的优势。通过对国内外该技术林业应用的分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术提取各种森林参数。星载激光雷达星载雷达采用卫星平台,运行轨道高、观测视野广,可以触及世界的每一个角落。为境外地区三维控制点和数字地面模型的获取提供了新的途径,无论对于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观察整个天体的能力,美国进行的月球和火星等探测计划中都包含了星载激光雷达,其所提供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测量、海面高度测量、云层和气溶胶垂直分布测量以及特殊气候现象监测等方面也可以发挥重要作用。通过以上对激光雷达特点、原理、应用领域等介绍,相信大家也能大致了解各类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,打造低成本、可量产、的激光雷达是很多新创公司想要实现的梦想。但开发和量产激光雷达并不容易。丰富的行业经验和可靠的技术才能保障其在这一波大潮中占据主导地位。
  • 中国科学技术大学在相干测风激光雷达系统研制方面取得重大突破
    日前记者从中国科学技术大学获悉,该校地球和空间科学学院教授薛向辉团队在相干测风激光雷达系统研制方面取得重大突破,首次实现空间分辨率3米、时间分辨率0.1秒的风场探测。据悉,这是迄今为止有报道的全球最高精度的风场连续探测。相关成果发表在国际知名光学期刊《光学快报》。测风激光雷达的封装样机 课题组供图 米级-亚秒级分辨率的大气风场探测在航空航天安全、高价值目标保障、数值天气预报等方面具有重大意义,但高时空分辨的连续风场观测对激光雷达仍是一个挑战。比如,为获取3米和0.1秒时空分辨率的风场观测结果,需要将现有激光雷达信号检测灵敏度提高2个数量级以上。 为了实现“看的远、看的细,测的快、测的准”的高时空分辨测风激光雷达,团队通过在激光光源、光学收发系统、高速数据采集电路和数据处理算法上对激光雷达进行全面优化,并在时频分析、脉冲编码基础上提出一种新的反演算法,大大提高了风场反演精度和稳健性,最终实现了一套全国产化的“产品级”测试样机。图1 3米距离分辨率相干测风雷达实验装置:(a)实验装置实物;(b)白天观测;(c)夜间观测;(d)光学系统及电路控制示意图;(e)连续5分钟观测的阵风结构图(时间分辨率为1秒)。图2 高铁尾流风场结构观测及模拟结果:(a)雷达观测的0.1秒分辨率尾流中风场结构图;(b)基于CCM+模拟的300km/h运行列车的尾流风场结构。 据介绍,雷达样机工作波长为1550.1纳米,具有人眼安全、设备轻便(整装设备40公斤)、工作稳定、环境适应性强等特点。通过外场对比试验,该雷达样机风场观测结果与定标设备对比误差小于0.5米每秒。 为进一步测试雷达观测性能和环境适应性,团队在安徽省宿州市高铁站实地测量了高速列车尾流中的风场结构。雷达在无人值守下连续稳定工作超过100小时,获得了3米和0.1秒高时空分辨率下的350公里每小时的高铁尾流连续观测,并首次利用激光雷达捕捉到高铁尾流中类似于冯卡门涡街的风场结构,与计算流体力学模拟结果高度一致。 审稿人认为,“观测结果是引人注目和印象深刻的”、“迄今为止首次实现连续观测的高分辨率结果”。
  • 多波段拉曼-荧光激光雷达系统可用于雾霾探测
    近日,兰州大学教授黄建平带领科研团队研制出我国首个多波段拉曼-荧光激光雷达系统。该系统不仅可用于大气雾霾探测的研究及预警,还可用于卫星数据校正、医疗气象观测等领域,处于国际先进水平。  &ldquo 多波段拉曼-荧光激光雷达系统用高功率激光器向天空同时发射三束激光,也就是三个波段。紫外激光与大气颗粒物作用之后,就会释放出荧光,我们利用大口径的望远镜接收被大气反射回来的信号,共有38个波段。大多国内研究中使用的少数波段,对于颗粒物的大小、形状、成分等认识还不够。&rdquo 黄建平介绍说,&ldquo 印度科学家拉曼发现了光和粒子的相互作用,在这种作用后,光的波长和频率会发生变化。对接收到的信号进行分光、提取和探测,根据其变化的多少,就可以知道这种物质的化学成分是什么,也就可以进一步分析大气污染物的重要性质,尤其是对人体有害的有机物。&rdquo   课题组成员黄忠伟解释说:&ldquo 大家现在都关心雾霾天气,但对于雾霾的成因、成分等问题的认识都还不够,多波段拉曼-荧光激光雷达系统能够连续工作并探测到不同高度的雾霾变化数据,而且精度很高。&rdquo   当前,我国在全球气候变化、空间环境监测等领域都急需大量激光雷达技术支撑,但一直依赖国外进口的高成本产品。多波段拉曼-荧光激光雷达系统的成功研制,将降低我国购置相关产品的成本。
  • 我国首台二氧化碳拉曼激光雷达系统研制成功
    新华网合肥12月23日消息 记者从中科院合肥物质研究院了解到,中科院安徽光学精密机械研究所承担的中科院重点装备“二氧化碳拉曼激光雷达”日前研制成功,并顺利通过了中科院相关专家组验收。  中科院合肥物质研究院研究员胡顺星介绍,“二氧化碳拉曼激光雷达系统”是我国第一台具有自主知识产权的全方位探测大气温室气体二氧化碳时空分布的激光雷达系统。该系统探测范围水平方向大于2km,垂直方向大于3km,探测精度1km范围内测量误差小于1%,3km范围内测量误差小于3%。这套系统在国际同类研究中处于领先水平。  验收专家组对激光雷达系统进行了现场测试,测试显示系统各项指标均符合或部分超过实施方案的设计指标。它的研制成功填补了我国大气二氧化碳空间分布探测技术的空白。二氧化碳拉曼激光雷达可以用于大气二氧化碳垂直分布的探测,大面积的近地面大气二氧化碳水平分布,用于二氧化碳排放源的监测等研究。目前,该二氧化碳拉曼激光雷达系统已经投入合肥地区大气二氧化碳垂直分布的常规测量。  近几十年来,人类活动导致大气中温室气体和污染气体的浓度急剧增加,对全球气候的改变产生重要影响。二氧化碳是气候变化预测中非常重要的大气温室气体,但人们对它的了解远远不够。目前国际上二氧化碳垂直分布探测的方法非常少,至今,我国还没有二氧化碳空间分布的数据。  专家介绍说,我国政府积极应对全球气候变化,加强工业二氧化碳减排的计划和工作,还把“监测气候变化的过程和要素”等气候变化监测预测预警作为应对气候变化专项行动的重点任务之一。政府部门计划在“十二五”期间开展有关碳收支和碳循环的研究,离不开对二氧化碳空间分布的精确探测。
  • 视频:怡孚和融推出最新自主研发的气溶胶激光雷达系统
    北京怡孚和融科技有限公司展出了其最新自主研发的气溶胶激光雷达系统,该系统用于环境空气质量监测。该系统可有效地区分球形颗粒与非球形颗粒物,从而在激光雷达自动测量的大量数据分析中有效地区分水汽和沙尘暴,对高层冰晶组成的卷云也可以进行探测。  应用该系统,可判定城市内部扬尘和外来飘尘的分布状况 可对城市的空气质量进行水平绘图,实现对颗粒物污染的监测及染源分布状况的判定 可对大气能见度进行测量 对区域性气溶胶可以实行联网监测。
  • 中国科大实现综合性能最优的测风激光雷达
    p /pp style="text-align: center "img title="1.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/318b981e-2228-459f-9191-905c9b9c37ec.jpg"//pp style="text-align: center "strongRaw lidar signals over 1 h/strong/pp  中国科学技术大学窦贤康课题组夏海云与潘建伟课题组张强合作,在国际上首次实现基于超导纳米线单光子探测器的双频多普勒测风激光雷达。采用最精简的光学结构实现了系统最高稳定性,提高了测风激光雷达的实用性和可靠性,更适合机载、星载平台运行。研究成果发表在《光学学报》上。9月6日,美国光学协会(OSA)、美国科学促进会(AAAS)官方网站以“新闻发布(News Release)”形式,首次对我国激光雷达研究进行了专题采访报道。/pp  测风激光雷达具有广泛的社会效益,如精确的大气风场数据可应用于大气污染溯源和扩散预报、航空气象保障、气象气候学研究、风电系统的管理和调配等,此外还可应用于军事。/pp  当采用更短激光脉冲提高多普勒激光雷达的距离分辨率时,传统相干探测激光雷达的相干效率就会下降,实时数据采集和处理均面临挑战。相干激光雷达本质是单模探测,需要大气回波和本振信号波前匹配,增加了制造和运行难度。直接探测激光雷达则可以避免这些问题。由于直接探测测风激光雷达可以利用大气分子、气溶胶的回波信号反演风场,其工作波长可以覆盖紫外到红外。/pp  该直接探测激光雷达工作在1548.1纳米,该红外波长人眼允许曝光功率最高、大气透过率最优、太阳和天空辐射背景低。该工作波长属于光纤通信C波段,光电集成器件成熟。全光纤构造的系统采用了单个双频光纤激光器、单个单通道光学鉴频器、单个单模探测器,不需要重复校准。这种最精简的构造提高了系统稳定性,并可以模块分离式安装。因此,该系统更适合在机载、舰载、星载等大温差、强震动平台上运行。该系统采用双频激光器替代传统的多通道鉴频器,实现了激光器和光学鉴频器的高精度锁频(误差小于0.08米/秒)。该激光雷达采用超导纳米线单光子探测器:其理想的高量子效率和低暗计数噪声保证了最高的探测信噪比;其100兆/秒的最大计数率避免了激光雷达的信号饱和现象。该激光雷达采用时分复用技术,基于集成光电子学器件实现不同方向的径向风探测,无机械扫描器件。/pp  在实验室内,该系统10天重复测量误差小于0.2米/秒。在比对试验中,将激光雷达测量的水平风速数据与超声波风速传感器的数据进行了比对,风速和风向的平均误差分别小于0.1米/秒和1度。在外场试验中,采用弱激光光源(脉冲能量50微焦)、小望远镜(口径80毫米),在10米高度分辨率、10秒时间分辨率条件下,实现了2.7km高度以下大气的风切变探测。/pp原文:Dual-frequency Doppler lidar for wind detection with a superconducting nanowire single-photon detector/pp /p
  • 大连理工激光雷达项目取得进展 加强环境监测
    p  近日,大连理工大学光电工程与仪器科学学院副教授梅亮在大气环境监测领域取得了重要进展。作为最早开展沙氏大气激光雷达技术的研究人员之一,梅亮回国后已在光学工程领域顶级期刊《光学快报》、《光学快讯》连续发表4篇SCI论文,实现了大气颗粒物的时空分布探测、大气颗粒物形态识别、大气中NO2浓度分布探测以及可携式沙氏激光雷达系统。/pp  激光雷达是一种有源光学遥感探测技术,其在空间分辨率、探测灵敏度、抗干扰能力以及大范围实际监测等方面具有独特的优势,目前已得到广泛应用。传统的脉冲式激光雷达系统功能强大,但存在设备成本高、维护困难等问题。/pp  沙氏激光雷达技术是大气激光雷达领域的一项新技术,相比于传统脉冲式大气激光雷达技术,具有设备成本低、性价比高、低维护等优势,其设备成本为传统设备的10%—20%。该技术在大气环境监测领域具有广阔的应用前景,并有望商业化应用。一台设备可测量方圆5公里,5—7公里高度内的颗粒物时空分布,结合点式监测仪器测量结果可计算出颗粒物浓度分布。约5台设备即可全面监测大连市市区内的空气状况,实现对污染源的追踪并掌握污染物的传播。据悉,该研究课题获国家重点研发计划青年项目以及国家自然科学基金资助。/pp  颗粒物尤其是PM2.5对人体健康及大气环境具有重要影响,颗粒物含量是空气质量检测的重要指标,高效准确的监测手段对破解当前大气污染监测、监管难题具有重要意义。课题组未来将进一步发展多波长沙氏激光雷达技术,最终实现大气垂直方向不同高度上颗粒物粒径分布的探测,如PM2.5和PM10的分布等,为大气环境监测和科学研究提供强大的技术支撑。/p
  • 测风激光雷达可“追捕”大气污染源
    p  中国科学技术大学窦贤康课题组夏海云与潘建伟课题组张强合作,在国际上首次实现基于超导纳米线单光子探测器的双频多普勒测风激光雷达。采用最精简的光学结构实现了系统最高稳定性,极大提高了测风激光雷达的实用性和可靠性,更适合机载、星载平台运行。成果日前发表在国际著名光学期刊《光学学报》上。/pp  传统相干探测激光雷达采用更短激光脉冲,相干效率会随时间下降,实时数据采集和处理均面临巨大挑战,需要大气回波和本振信号波前匹配,也增加了制造和运行难度。由于直接探测测风激光雷达可以利用大气分子、气溶胶的回波信号反演风场,其工作波长可以覆盖紫外到红外,因而直接探测激光雷达则可以避免这些问题。/pp  “该直接探测激光雷达工作在1548.1纳米,该红外波长人眼允许曝光功率最高、大气透过率最优、太阳和天空辐射背景低。”夏海云博士介绍说,该工作波长属于光纤通信C波段,光电集成器件成熟,全光纤构造的系统采用了单个双频光纤激光器、单个单通道光学鉴频器、单个单模探测器,不需要重复校准。/pp  据了解,这种最精简的构造提高了系统的稳定性,并可以模块分离式安装。因此,该系统更适合在机载、舰载、星载等大温差、强震动平台上运行。在外场试验中,采用弱激光光源、小望远镜,在10米高度分辨率、10秒时间分辨率条件下,实现了2.7千米高度以下大气的风切变探测。/pp  夏海云说,该系统可应用于大气污染溯源和扩散预报、航空气象保障、气象气候学研究、风电系统的管理和调配等。在军事应用上,包括弹道修订、航母作业、临近空间环境保障、精准空投和空中加油等都有很好的前景。/pp/p
  • 滨松参展CIOE 2019,激光加工、激光雷达、光通信等多类应用新品展现
    2019年9月4日-7日,中国国际光博会(CIOE 2019)在深圳成功举行。本次滨松中国在展会中主要以激光加工、激光雷达、光通信、工业计测、气体分析、民用消费、光谱检测、检验医学八个方向为主,进行了产品技术的呈现。久经市场考验的经典产品,以及最新曝光的新品都同台出现,获得了众多参观者的驻足。展会现场激光加工# 激光加工联合实验室展品:激光并行加工模块2019年7月,湖北工业大学-滨松中国-金顿激光共同建立的“激光加工联合实验室”正式成立。目前主要进行着基于空间光调制器的精密激光加工方案(钻孔、切割、打标等)的研究,包括不同应用的相位图计算算法、光路系统的搭建与优化、不同材料和应用的实验工艺验证等等。激光并行加工模块是联合实验室的一个小小的首秀。内部配置了滨松空间光调制器(LCOS-SLM)。激光入射到SLM上,在软件内预先设置的多焦点全息图,随后激光通过独特设计的光路,最终在相机靶面上产生多光束。在光调制时,该模块使用了带反馈的迭代算法。相机采集的多个光束的能量分布首先经过算法优化,再迭代入GS算法迭代循环中,经过不断迭代循环,最终得到了能量分布均匀的多个光束。这在实际的加工中,是十分必要的。利用这套激光并行加工模块可以进行10*10阵列多光束打孔、多光束并行蚀刻加工、多光束字母打孔等作业。现场亦展示了多个使用该模块进行加工的样品。除了光调制技术以外,联合实验室计划逐渐拓宽研究范围,滨松的更多产品和技术也将参与其中。以行业需求为导向,更好的促进我国智能激光加工行业的发展。加工样品通过便携显微镜可看到样品上的打孔细节# 下一代激光加工模块:JIZAI此次CIOE,首次曝光了滨松下一代激光加工引擎JIZAI的信息。JIZAI是基于滨松隐形切割技术(独有技术,拥有全球专利)以及空间光调制技术开发而出的产品。灵活性极强,可以根据不同的应用选配其中的器件,进行自由定制。模块可以实现任意形状的加工光束,比如多点并行加工、像差校正、平顶光束等等。紧凑轻巧,可自由移动,在多点打标、内部打标、玻璃打孔、微通道成型等众多激光加工作业中都可应用。JIZAI概念图使用JIZAI进行的玻璃打孔作业激光雷达 # 面阵红外近距离传感器低速及特殊场景下的应用,是激光雷达目前的落地热点之一。智能工厂、智慧物流、智能仓库等场景中,都少不了它的存在。新系列的面阵红外近距离传感器,主要就是面向针对此类应用的激光雷达的。新产品增大了像素尺寸,提高了饱和上限,并在内部设置了补偿电路,增强了抗环境光干扰的能力,更加适合于强背景光环境(如:室外环境)下的近距离测距。同时该器件还具有低成本的特点。目前推出了3种不同像素数量的器件,也可根据具体需求进行定制。# VCSEL固态Flash LiDAR被普遍看做是当前LiDAR发展阶段的下一个台阶。在探测器和激光器的选择上,都将有很大的变化。激光器方面,旋转式中普遍使用的边缘发射激光器(EEL)已经不再完全适用于Flash式的雷达,高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)将成为最理想的选择。随着3D摄像头的热潮,VCSEL成为了近几年的热点话题,在大众熟知的人脸识别、手势识别等应用中都扮演了重要角色。但面向激光雷达的产品,对其各方面性能都有了新的要求,而此次滨松展出的940nm的VCSEL也是特别针对此应用开发的。除了本身光斑形态好的特点外,滨松新展出的VCSEL还具有光功率密度高、光电效率转换高、稳定性好的优点。带封装(金属)的滨松VCSEL产品,特定要求下,裸片产品的提供也可探讨光通信# 面向5G前传和数据通信中心光模块应用CIOE中,滨松呈现了面向中长距5G前传25G/50G光模块,以及100G/200G/400G数据中心互联光模块的全系列探测器方案。包括正照式/背照式、单点/阵列(pitch250/500/750μm)的InGaAs PIN PD,满足不同项目应用的需求。系列产品的特点在于,其采用了独特的设计结构,在保证高灵敏度、低终端电容的同时,也具备极高的可靠性。整个系列产品均可支持非气密封装。工业计测# 应用于编码器的光电探测方案展会中主要展出了目前编码器应用中比较具有代表性的产品,PD阵列、LED光源,以及集成光发射和探测的整体模块产品。实际上滨松探测器覆盖从可见光到近红外几乎全波段,可为LED光源匹配最合适高灵敏度的探测器,实现整个系统的高信噪比。滨松一贯是全线In-house设计和生产,无论是半导体设计及制造工艺,还是封装工艺都拥有丰富的技术储备,可以很好的应对针对编码器应用的各种定制化需求,打磨出最优的产品方案。民用消费# 针对广泛消费类应用的全波段产品“光”是无处不在的,不光是在生产制造、科研学术中,更是在生活的方方面面。滨松则希望通过自身的光电技术,为与我们息息相关的种种生活中的应用,带来更好的可能。让它们变得更加便捷、智能、环保。CIOE中滨松展出了多类光电半导体产品,其中包括可用于屏下,辅助屏幕亮度控制的接近传感器;可装配在便携式设备或独立体温计中,实现无探测位置限制的高精度温度测量,且低成本、环境友好的InAsSb探测器等等。滨松能为民用消费应用提供高一致性、高可靠性的产品。但最为重要的是,以60余年光电技术的沉淀,可以为具体的客户需求提供高定制化的服务,以及产品技术建议。成就更有竞争力的性能,抢占更新市场的先机。目前滨松中国除了北京总部外,在深圳和上海均设有分公司,拥有本土的销售、市场、产品团队,亦可以为中国客户提供更快速有效的服务。在CIOE中我们展现的产品技术和应用仅是冰山一角。实际上,滨松一直希望被看做是一个光子技术的提供者,以和客户更紧密的交流沟通,以及更深入的相互理解,来促成最佳的应用技术诞生。
  • 激光雷达:技术概述-漫反射目标在测试和校准高级驾驶辅助系统 (ADAS) 中的作用
    作者:Pro-Lite Technology Ltd 产品经理 Russell Bailey 和 Labsphere Inc 首席技术专家兼产品营销经理 Greg McKee图1 激光雷达激光雷达是一项成熟的技术,越来越多地部署在消费产品和无人驾驶车辆中。LIDAR 是 Light Detection And Ranging 的首字母缩写词。激光雷达系统已经使用了 50 多年,但直到最近,此类系统的成本仍使它们无法在大众市场中广泛应用。尽管雷达在自动驾驶汽车技术(例如自适应巡航控制系统)中被广泛应用,但LIDAR被认为是驾驶员辅助汽车的首选传感器,因为它可以精确地映射位置和距离,从而检测小物体和3D成像。它使用带有飞行时间感应的脉冲激光和固态光来测量距离。激光雷达系统的表征要求在宽反射率动态范围内补偿传感器对脉冲激光或固态光水平的响应。为此,需要使用已知和稳定反射率的大面积反射率漫反射目标板。Labsphere(蓝菲光学)的Permaflect漫反射涂层目标板,范围从5%到94%的反射率,使汽车制造商 OEM 及其供应商能够在广泛的环境条件下表征和校准其 LIDAR 系统。图2 Labsphere(蓝菲光学)的Permaflect漫反射涂层目标板激光雷达技术激光雷达最基本的形式是激光测距仪,自20世纪80年代以来已广泛应用于军事应用。激光测距仪由一个脉冲激光器(发射器)和一个光电探测器(接收器)组成。测距仪的设计可精确测量距离(所谓的“测距”),主要测量激光脉冲被反射和接收到探测器所花费的时间(这被称为“飞行时间”测量)。测距仪对准目标物并发射激光脉冲。激光击中目标,被散射,并且一部分反射光由探测器测量。由于光速非常精确,因此可以非常精确地测量测距仪和目标物之间的距离。更先进的激光雷达系统使用相同的原理,但使用光学和移动或多个探测器在二维中映射目标。这些系统通常每秒脉冲数千次,每秒可以探测到数千个点。分析该点云的数据可以创建目标区域的准确映射。激光雷达的工作方式类似于雷达和声纳,它们分别使用无线电波和声波。来自雷达和声纳的数据可用于以类似方式映射周围环境,但激光雷达系统使用的是较短波长的红外辐射,而不是较短波长的无线电波。由于使用的波长较短,激光雷达测量比雷达更准确。部署在自动驾驶汽车上的激光雷达系统通常使用扫描激光束和闪光技术来测量空间中相对于传感器的 3D 点。这些激光雷达系统通常每秒发射数千个激光脉冲,以便车辆可以对行人和其他车辆等障碍物做出反应。激光雷达允许自动驾驶汽车以高精度、高分辨率和长检测距离传送和接收物体和周围环境的反射光。目前正在开发更先进的 AI(人工智能)系统,用来预测车辆和行人路径,并做出相应反应。当您将 LIDAR 数据与定位信息(使用 GPS 或类似信息)相结合时,您就可以全面映射车辆周围环境。激光雷达的性能在很大程度上取决于所使用的激光功率和波长。出于安全原因,可使用的激光功率有一个上限。在没有更高的激光功率的情况下,你可以使用更高灵敏度的探测器,或者使用波长延伸到更远的红外(IR)的激光。由于现有激光器的技术成熟,通常使用的波长为850nm、905nm或1550nm。1550nm激光比其他选择更安全,因为超过1400nm的红外辐射不会再通过眼睛的角膜,所以不会聚焦在视网膜上,但因水对1550nm的光吸收较强,1550nm要求更多的功率来补偿。消费电子产品和自动驾驶汽车中的激光雷达激光雷达作为关键性技能与摄像头系统和其他传感器一起在自动化中应用。激光雷达系统已经在专业测绘和相关应用中商用多年。然而,直到最近几年,激光雷达才变得越来越普遍,这主要是由于自动驾驶汽车应用(无人驾驶汽车)需要更小、更便宜的设备。自上世纪90年代初以来,激光雷达已作为自适应巡航控制的基础应用于半自动驾驶汽车,而激光雷达首次应用于自动驾驶汽车是在2005年。在消费电子领域,最新一代的 Apple iPad Pro(以及现在的 iPhone 12 Pro)已将 LIDAR 传感器集成到其摄像头阵列中,专门用于成像和增强现实 (AR) 应用。LIDAR 传感器可使 iPad 正确解析真实物体相对于由相机阵列成像的 AR 物体的位置。AR 还处于起步阶段,因此 LIDAR 在智能手机和其他消费设备上的应用还有待观察,但人们对为专业应用开发的 AR 产生了极大的兴趣,其中 LIDAR 可以成为非常有用的增强功能。专业 AR 的应用多种多样,从帮助仓库工人找到最快、最安全的路径到所需零件,到辅助工程师了解复杂维修的过程。这些应用中的激光雷达可精确定位和对齐,这对于任何需要高精度的应用都很重要。漫反射目标板在激光雷达系统测试与标定中的作用多年来,Pro-Lite 和Labsphere(蓝菲光学)多年来使用漫反射板一直在支持开发 LIDAR 系统开发。Labsphere(蓝菲光学) 更紧凑的 Spectralon 漫反射目标板通常被军方用于测试激光测距仪。精确校准的光谱反射率与近朗伯(漫反射)反射率相结合,意味着对于这些应用,您有一个准确性、重复性的漫反射目标板可在实验室或现场测试您的系统。用于更大规模测绘或自动驾驶汽车应用的激光雷达系统需要更大的目标区域。由于大多数自然物体都会漫反射光线,因此 Labsphere (蓝菲光学)的漫反射材料是用户的自然选择,可以提供质量保证、现场测试和比较。Labsphere(蓝菲光学) 开发了 Permaflect 目标板,以满足对大面积、耐用和光学稳定目标板材料的需求。大的漫反射目标板尺寸(标准尺寸高达 1.2m x 2.4m)与校准的光谱反射率数据相结合,可以精确测量 LIDAR 范围。在 100m、200m、300m 等长距离测试距离内,则需要更大的目标板来反映目标上具有代表性的点数。Permaflect 是一种喷涂漫反射涂层,可以将其应用于大面积或 3D 形状,从而可以模拟真实世界的物体。现实世界中很少有物体像目标面板一样平坦,因此 Permaflect 涂层物体可以实现可重复的近朗伯反射率水平,例如,可以应用于人体模型以模拟行人。图3 Labsphere(蓝菲光学) Permaflect 喷涂人体模型LIDAR 漫反射目标板通常部署在室外,因此随着时间的推移,当漫反射目标板的表面暴露在大气中时,可以预期校准的反射率值会出现一些漂移。Labsphere (蓝菲光学)的漫反射材料易于清洁。为了考察是否有反射率的下降,可以使用校准的反射率计(“反射率计”),它可原位测量漫反射目标板反射率并将红外反射率的任何变化考虑到内。漫反射目标板反射率的变化将直接影响测量范围。下图显示了不同漫反射目标板反射率水平范围内反射率变化对测量范围的影响。反射率的微小变化会对较低反射率目标板的测量范围产生很大影响。例如,如果目标板的反射率从5%降低到 4%,则原先 300 m的测量范围将下降到30 m。实时了解情况发生的方法是测量目标板的反射率,然后根据此调整修正您的计算。图4 Labsphere (蓝菲光学)漫反射板反射率测试仪(反射率计)图5 在300nm波长下对物体反射率进行距离测量的模拟灵敏度Labsphere(蓝菲光学) 的激光雷达反射仪套件就是为满足这一要求而开发的。这款手持式反射计测量测量在三个波长(使用可互换的 850nm、905nm 或 1550nm LED)中的8°/半球反射率。观看Labsphere 视频库中的短视频。这可用于验证 Permaflect 目标板或测试 LIDAR 系统的任何其他对象的反射率。图6 Labsphere 开发了 Permaflect 漫反射目标板,以满足对大面积、耐用和光学稳定漫反射目标板材料的需求。
  • 国内首台激光雷达能见度仪研制成功
    6月12日下午,中科院合肥技术转移中心在安徽循环经济技术工程院向省交通厅、省交通投资集团、高速公路总公司、省公路勘察设计院、皖通科技等相关部门领导和专家,专题报告高速公路团雾全天候实时监测预警系统核心装备激光雷达能见度仪。  随着我国经济的持续增长,高速公路建设得到空前的发展。截止2009年,我国高速公路通车总里程已达到6.03万公里,居世界第二位。然而高速公路上的交通事故也极大地威胁着人民的生命财产安全,影响着社会经济的和谐发展。特别是高速公路上的突发性团雾引起多车连续追尾、群死群伤重特大交通事故,在近几年来尤为突出。  安徽循环经济技术工程院依托中科院安徽光机所,在多年科研积淀的基础上,瞄准公共安全的重大需求,在国内开发成功的首台激光雷达能见度仪,是为交通行业安全生产和人民群众的安全出行,提供了有效技术支撑的重大突破。该仪器的能见度监控范围可达50米到5000米,可实现每1~10分钟输出一组能见度值 可与高速公路现有的通讯系统实现无线和有线方式互联互通,达到全天候实时监测、预警。具有体积小、精度高、结构紧凑、使用方便,性价比高的特点。  会上,交通行业与会各位领导和专家对激光雷达能见度仪的技术先进性、应用价值和前景给予了高度评价。省交通厅有关部门负责人指出,激光雷达能见度仪及安全预警系统的研制成功,对我省乃至全国交通行业产生重大影响,希望该仪器能为省交通厅正在联合气象、安检、公安等部门计划筹建的交通安全气象监测预警系统和应急指挥中心作出贡献。他表示,将尽快协调有关单位在安徽省多雾、团雾易发地带的路段进行实地试验运行,为高速公路团雾全天候实时监测预警系统建立和应用,提供经验。  省科技厅任鸣副厅长指出,一项科技成果是否具有生命力取决于市场的需求和社会的需求。激光雷达能见度仪正是满足了高速公路安全预警系统的重大需求,具有非常的应用前景。希望安徽循环经济技术工程院加强与交通行业有关部门的配合,做好产业化的前期工作,并紧紧抓住合肥公共安全产业发展的良好机遇,强力推进该项高科技成果的产业化,省科技厅将与交通厅共同推进这项具有自主知识产权和全省自主创新特色的好项目,为道路交通安全提供有力科技支撑。  (安徽省科技厅)
  • 量子激光雷达水下获取3D图像
    英国科学家首次展示了一种新型激光雷达系统,其使用量子探测技术在水下获取3D图像。该系统拥有极高的灵敏度,即便在水下极低的光线条件下也能捕获详细信息,可用于检查水下风电场电缆和涡轮机等设备的水下结构,也可用于监测或勘测水下考古遗址,以及用于安全和防御等领域。相关研究论文刊发于4日出版的《光学快报》杂志。  在水下实时获取物体的3D图像极具挑战性,因为水中的任何粒子都会散射光并使图像失真。基于量子的单光子探测技术具有极高的穿透力,即使在弱光条件下也能工作。在最新研究中,研究人员设计了一个激光雷达系统,该系统使用绿色脉冲激光源来照亮目标场景。反射的脉冲照明由单光子探测器阵列检测,这一方法使超快的低光检测成为可能,并在光子匮乏的环境(如高度衰减的水)中大幅减少测量时间。  激光雷达系统通过测量飞行时间(激光从目标物体反射并返回系统接收器所需的时间)来创建图像。通过皮秒计时分辨率测量飞行时间,研究人员可以解析目标的毫米细节。最新方法还能区分目标反射的光子和水中颗粒反射的光子,使其特别适合在高度浑浊的水中进行3D成像。他们还开发了专门用于在高散射条件下成像的算法,并将其与图形处理单元硬件结合使用。在3种不同浊度水平下的实验表明,在3米距离的受控高散射场景中,3D成像取得了成功。
  • 空天院高光谱激光雷达团队 揭示新型主动光学传感器高光谱激光雷达辐射效应产生机制
    近日,中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室牛铮研究员团队,在新型主动光学传感器高光谱激光雷达(hyperspectral LiDAR, HSL)辐射效应产生机制及相应校正算法研究方面取得重要进展。距离效应和入射角效应作为高光谱激光雷达面临的两大几何辐射效应,严重限制了其在定量遥感方面的应用。该团队研究发现,高光谱激光雷达距离效应和入射角效应分析及校正可以独立进行,并提出了一种耦合二次函数和指数衰减函数的分段函数模型用以分析和校正距离效应,发展了一种改进的Poullain算法用以目标入射角效应分析和校正。上述研究得到了国家自然科学基金重点项目“植被生理生化垂直分布信息遥感辐射传输机理与反演研究”的支持,有关成果发表在遥感领域国际顶级期刊ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing和IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing上,第一作者为实验室博士研究生白杰。面对高光谱激光雷达主要几何辐射效应即距离效应和入射角效应校正的技术难题,团队自2020年起开展科技攻关,发现距离效应源于系统本身,所有波长拥有统一的距离效应函数,在此基础上提出了一种耦合二次函数和指数衰减函数的分段函数模型用以分析和校正距离效应 而对于不同种类植被叶片目标,因其表面微观尺度物理结构和内部生化参数不同,因此通常表现出不同的入射角效应,该效应与被测目标种类在高光谱激光雷达条件下二向反射特性密切相关,因此该团队指出关于高光谱激光雷达入射角效应,更准确的表述应为“某一目标高光谱激光雷达入射角效应”,并发展了一种新的改进的Poullain算法,用以目标入射角效应校正。与传统基于各向同性散射假设的朗伯余弦定律和原始Poullain算法相比,该算法考虑了目标粗糙度因子和漫反射系数在不同入射角和波长下的异质性,更加符合自然目标物回波强度的反射特征,不同植被叶片实验显示,相对于标准0度入射角下的回波强度和反射率,校正结果标准差减少了30%~60%。有关算法为后续植被三维生化参数准确反演提供了重要的理论基础和技术支撑。目前,实验室已经完成具备高速采集能力的第二代高光谱激光雷达系统设计与研制工作,正在开展性能测试,预计2023年底投入使用。早在2014年,遥感科学国家重点实验室就设计、研制了具有完全自主知识产权的国际上首台32波段高光谱激光雷达系统。自此,相关团队围绕这一新型传感器持续开展研究,在高光谱激光雷达系统设计研制、数据获取与处理、辐射信息提取、辐射效应校正及植被三维生理生化参数反演等方面取得了丰富的研究成果,为我国抢占高光谱激光雷达设备研制与应用这一领域做出系统性贡献。
  • 高光谱&激光雷达&倾斜摄影融合
    8月12日,北京安洲科技有限公司对中国林业科学研究院的410-Shark机载高光谱、Lidar50机载激光雷达以及AZ3D-2机载倾斜摄影进行了设备验收,在同一地块分别进行了不同传感器的影像数据飞行实验,并进行了高光谱与激光雷达的数据融合处理,实验结果得到了用户的一致好评。410 Shark机载高光谱Lidar 50机载激光雷达AZ 3D-2 机载倾斜摄影410 Shark机载高光谱处理结果ENVI中打开高光谱影像数据高光谱3D Cube归一化植被指数NDVILidar 50机载激光雷达处理结果Lidar 50点云实时预览Lidar 50样区正摄影像图Lidar 50解算完成点云图AZ 3D-2 机载倾斜摄影处理结果角度1 观测角度2 观测410 Shark机载高光谱与Lidar 50激光雷达 数据融合结果RGB与lidar点云融合结果CIR与lidar点云融合结果NDVI与lidar点云融合结果
  • 禾赛科技登陆纳斯达克,中国“激光雷达第一股”诞生
    当地时间2月9日,中国激光雷达厂商——上海禾赛科技股份有限公司(简称“禾赛科技”)正式在美国纳斯达克上市,成为了中国激光雷达第一股。同时也是过去18个月以来,中企赴美上市的最大IPO。据招股书披露,截至目前,禾赛科技累计交付了超10万台激光雷达。图片来源:禾赛科技禾赛科技股票代码为“HSAI”,发行价为每ADS(美国存托股份)19.00美元,公开发行1000万股ADS,募资总额约为1.9亿美元。上市首日,禾赛科技股价表现亮眼,开盘大涨25%,报23.75美元,盘中股价一度达24.44美元,最终收于21.05美元,上涨10.79%,市值达到26.21亿美元。值得注意的是,禾赛科技曾于2021年向科创板递交招股书,但是两个月后主动撤回申报材料,并于2023年1月17日正式向美国证监会提交招股书。资料显示,禾赛科技成立于2014年,是一家全球化的激光雷达研发与制造企业,其最早专注于研发激光气体传感器,2016年开始探索无人驾驶激光雷达产品。目前,公司产品广泛应用于支持高级辅助驾驶系统(ADAS)的乘用车和商用车,以及自动驾驶汽车。根据招股书数据,2019年到2021年,禾赛科技的激光雷达销量分别为2900台、4200台、1.4万台,2022年,随着半固态激光雷达AT128和补盲激光雷达FT120落地应用,禾赛科技的激光雷达销量飙升至8.04万台。由此,禾赛科技也累计完成了超10万台激光雷达的交付,并成为全球首家月交付过万的车载激光雷达公司。招股书显示,禾赛科技的激光雷达,获得了理想、集度、路特斯、高合、长安、上汽等10家主流车企累计数百万台的量产定点。蔚来ET7、理想L9、小鹏P5、小鹏G9、广汽AION LX等车型搭载了禾赛科技激光雷达;自动驾驶客户则包括Aurora、Zoox、TuSimple、NVIDIA、Nuro、美团、百度、文远知行等。随着禾赛科技激光雷达出货量的爆发,其营收也呈现高速增长态势。招股书显示,禾赛科技在2019年、2020年、2021年营收分别为3.48亿元、4.16亿元、7.21亿元,营收增长率分别为162%、19%、73%。2022年前三季度的营收达到7.93亿元,同比增长73%,超过了2021年全年营收。不过,由于禾赛科技近两年产品逐步多元化,这也使得禾赛科技的毛利率出现下滑。禾赛科技2019年、2020年、2021年的产品毛利率分别为70.3%、57.5%、53.0%,2022年前三季度的毛利率又进一步下滑至44%。净利润方面,禾赛科技2019年、2020年、2021年的净亏损分别为1.2亿元、1.07亿元、2.45亿元,2022年前三季度净亏损为1.65亿元,同比收窄5%。从营收数据来看,禾赛科技目前的营收规模已经超过Velodyne、Ouster、Luminar、Innoviz(这四家企业2021年营收分别为6190万美元、3400万美元、3200万美元、984万美元)等全球主要激光雷达公司总营收营收之和。在毛利率方面,禾赛科技也远高于前述四家厂商(2022年1-9月,仅Ouster的毛利为正30%,其余厂商均为负值)。凭借此次成功登陆纳斯达克并拿到1.9亿美元融资,有望进一步提升禾赛科技在技术、产品竞争力、业务规模上的优势,并推动禾赛科技尽早实现盈利。在股权结构方面,此次IPO前,禾赛科技的创始人孙恺、李一帆、向少卿为共同控股股东、实际控制人,合计直接持股比例为30.03%,此外他们还通过员工持股平台上海乐以科技合伙企业(有限合伙)控制了禾赛科技7.13%的股份,因此,合计共同控制了禾赛科技37.16%的股份。根据招股书显示,此次IPO前,禾赛科技累计融资超过5.36亿美元。投资机构包括光速中国、高瓴、小米集团、美团、CPE源峰、光速中国、启明创投等知名机构。其中,光速中国(包括光速创投、光速中国两只基金),为禾赛科技最大的外部股东,上市前持股比例达17.5%。据悉,光速中国自2018年起连续参与了禾赛科技5轮融资,累计投资额超过1亿美元。按照禾赛科技上市首日收盘价计算,光速中国持有市值已达4.25亿美元,投资回报率高达325%。此外,禾赛科技最后一轮D轮融资发生在撤回科创板IPO申报材料后。在小米集团追加7000万美元后,禾赛科技D轮融资额度高达3.7亿美元。根据招股书披露,禾赛科技D轮融资每股价格约16.5美元,按照上市首日收盘价21.05美元计算,禾赛科技最后一轮投资者投资回报率已达28%。
  • 大气探测激光雷达、宽幅成像光谱仪成功升空
    作者:张双虎 黄辛 来源:中国科学报北京时间4月16日2点16分,大气环境监测卫星在我国山西太原卫星发射中心成功发射。中国科学院上海光机所研制的大气探测激光雷达、中国科学院上海技物所研制的宽幅成像光谱仪随大气环境监测卫星成功升空。大气环境监测卫星由中国航天科技集团八院抓总研制,是国际首颗具备二氧化碳激光探测能力的卫星,将进一步提升我国大气环境综合监测、全球气候变化和农作物估产及农业灾害等应用能力,推进卫星遥感数据在生态环境、气象、农业农村等方面应用,有效解决各行业部门对外国遥感数据的依赖。上海光机所研制的大气探测激光雷达在国际上首次采用激光路径差分吸收方法,可全天时、高精度测量全球范围的二氧化碳浓度分布;首次采用碘分子吸收池激光高光谱分辨探测技术实现全球气溶胶垂直剖面分布的精确测量。激光雷达载荷在轨后获取的全球数据,将服务于国家“碳达峰”和“碳中和”双碳国家战略的温室气体二氧化碳浓度高精度监测,同时为全球气候气象研究提供高精度的二氧化碳浓度以及气溶胶、云垂直廓线分布数据。上海技物所研制的宽幅成像光谱仪具备2300公里宽幅可见至热红外波段21通道成像能力,可获取全球、全时段多光谱遥感数据,将有效提升大气气溶胶、细颗粒物、雾霾分布、近海岸带等大气环境的连续检测、预警与评估能力。面对新冠疫情带来的重重困难,中科院上海团队全力以赴、顽强拼搏、协同攻关,充分体现新时代国家战略科技力量的使命担当。
  • 高能扫描颗粒物激光雷达告诉你:你离污染有多远?
    近年来灰霾现象频发,颗粒物区域污染现象受到社会及政府部门的高度重视。针对区域性大气污染问题,作为一种成熟的主动遥感手段,颗粒物激光雷达为掌握区域大气污染分布和输送规律,解析颗粒物污染特征、污染来源、污染变化趋势,提供了有力支撑。颗粒物激光雷达按工作方式可分为:垂直探测激光雷达和扫描探测激光雷达。其中扫描探测激光雷达是对固定站点监测空白区域、天气突发区域监测的有力补充,对重点污染区域中污染物进行3D扫描和移动观测,可获取区域污染物的空间立体分布、变化规律和排放特征,摸清局地污染物对污染形成的贡献,为环境规划与管理、环境监督与执法及政府宏观决策提供科学依据;并可对污染气团进行走航追踪观测,为短时间空气质量预测提供了及时、有效、准确的数据支撑。 大气颗粒物监测激光雷达大气环境监测激光雷达检测车  中科光电大气颗粒物监测激光雷达(高能扫描系列),采用波长532 nm线偏振激光对大气颗粒物进行遥感探测。雷达通过对532 nm垂直和水平偏振信号的探测,解析大气消光系数、退偏振比廓线、边界层高度、光学厚度等参数,进而可获取大气颗粒物时空分布特征、污染层时空变化、颗粒物输送和沉降等信息。产品特点  采用振镜扫描,避免雷达主体光机及探测器电子学系统振动;  扫描振镜具备自动除尘、除湿、除雪功能,可适用于各种天气状况;  采用单脉冲能量毫焦级固体激光器,重度污染条件下,具有较好的探测能力;  系统拥有GIS地理信息系统,可图形化显示扫描区域颗粒物分布情况,排查污染排放源;  系统具有停电自动关机,来电自动开机功能;  激光器使用寿命长,可达16000小时。产品软件  中科光电扫描激光雷达数据采集分析软件具有固定垂直探测、固定斜程探测、车载垂直探测、车载斜程探测、垂直扫描探测、水平扫描探测六种工作模式。软件通过对激光雷达原始数据进行深数据处理,可得到包括消光系数、退偏振比、光学厚度、能见度、边界层、污染物判别、PM10质量浓度时空分布等基本环境监测数据。 流程图采控软件分析软件产品应用  垂直扫描监测  激光雷达发射脉冲处于天顶方向,望远镜垂直接收来自天顶方向的后向散射信号。能够反演距地面10km以内气溶胶颗粒物的空间分布信息以及时空演变特征。可应用于雾霾判识、污染过程捕获分析、高空大气光化学过程探测、大气边界层结构特征分析、沙尘暴预警、局地污染预警等环境监测。 垂直扫描监测  区域点源排放监测  设置激光雷达工作的方位角和仰角,使置于某固定点位的激光雷达对烟囱、锅炉、化工厂、电厂、水泥厂等重要的点源实现定点定位扫描,监测污染源烟羽排放的轮廓及强度分布,实时把握污染超标动态,结合当地实际情况建立报警体系,有效实现污染源排查、偷排漏排违法取证工作。 区域点源排放监测  区域线源扫描监测  设置激光雷达工作的方位角和仰角,使置于某固定点位的激光雷达进行定点定位扫描,结合GIS地理信息,图形化展示交通主干道上空颗粒物的空间分布特征,有效监测区域内若干条交道主干道的排放强度。区域无组织排放扫描监测  设置激光雷达工作的方位角和仰角,使置于某固定点位的激光雷达对建筑工地、餐饮服务区、汽车修理厂、畜禽养殖场等区域,进行实时在线扫描监测,描绘污染物的水平分布规律,确定污染物的空间分布规律。 区域无组织排放扫描监测  区域污染物分布扫描监测  区域污染物分布扫描监测可手动设置水平扫描(针对区域内)、垂直断面扫描(针对区域边界)等不同扫描方式,实现对工业园区、居民生活区、厂区等敏感地带进行定量评估。结合GIS地理信息,图形化显示区域内污染物时空分布及演变特征。 区域污染物分布扫描监测  走航扫描监测  走航扫描监测,是通过在移动平台上搭载激光雷达系统,采用“驻车扫描”或“边走边测”的工作方式,对区域上空污染团的输入、过境、沉降过程进行实时、在线、连续扫描监测,分析污染物的类型、强度以及演变过程。走航扫描监测结合GIS地理信息,可绘制污染团的运动轨迹,追踪污染团动向,结合大气混合层及气象条件,提供典型污染过程的预警建议。走航扫描监测走航扫描监测  高能扫描颗粒物监测激光雷达系统轻便、易于移动,可实现多种扫描方式,方位角与仰角的扫描角度和探测时间都可自行设置,可实现大范围不同方位的连续自动观测,能够探测到同一仰角不同方位角处及同一方位角不同仰角处的颗粒物的变化,对实时环境监测具有较好的帮助。
  • 国产厂商速腾聚创登陆港交所,成为全球最高市值激光雷达企业
    近日,国产激光雷达企业速腾聚创科技有限公司(以下简称“速腾聚创”)在香港联交所主板挂牌上市,成为港股激光雷达第一股,2024年中国传感器产业第一股。本次IPO最终发售价定为每股43.00港元 ,全球发售2290.98万股股份,募资总额为9.85 亿港元,速腾聚创上市后股票很快破发,截至当日收盘,公司市值193.2亿港元,成为全球市值最高的激光雷达企业。速腾聚创是激光雷达及感知解决方案市场的全球领导者,通过芯片、激光雷达平台与感知算法三大核心技术闭环,为市场提供具有信息理解能力的智能激光雷达系统,颠覆传统激光雷达硬件纯信息收集的定义。据介绍,速腾聚创是全球最早实现车规级固态激光雷达量产的激光雷达公司,也是全球首家开启车规级激光雷达项目量产交付的激光雷达公司。截至2023年3月31日,与全球其他激光雷达公司相比,速腾聚创服务的汽车整车厂和一级供应商数量最多、拥有前装量产定点车型最多及实现SOP车型最多。截至2023年12月18日,速腾聚创已取得21家汽车整车厂及一级供应商的超60款车型的量产定点订单,其中帮助24款车型实现SOP。出货量方面,截至2023年10月31日止,前十个月,速腾聚创的激光雷达产品及用于 ADAS应用的激光雷达产品的销量分别为约136,000台及约121,700台,较2022年同期的约40,700 台及24,400台分别大幅增加,并且超过2020~2022年前三年出货量总和。此外,10月份单月激光雷达销量近30000台,创单月销量历史记录。2024年,速腾聚创激光雷达的预计交付量或将超过100万颗,其中速腾聚创激光雷达产品更是供货问界M7/M5、小鹏G9/X9、极氪007、比亚迪仰望U8等众多明星车型。
  • 国家气象探测中心开展激光雷达霾层厚度观测
    中国气象报记者王晨 通讯员赵培涛 季承荔报道 针对近日全国较大范围重污染天气,中国气象局气象探测中心(以下简称“气象探测中心”)依托正在开展的超大城市综合观测试验,与相关单位利用10余台激光雷达系统开展联合协同观测;同时利用激光雷达综合观测数据进行激光雷达霾层厚度观测产品的综合加工处理,制作的霾厚度观测产品在央视《新闻联播》后的《天气预报》节目中使用。  据了解,在中国气象局紧急启动三级应急响应后,气象探测中心充分发挥在激光雷达观测上的技术优势,依托正在开展的超大城市综合观测试验,联合中国科学院安徽光学精密机械研究所、北京理工大学、安徽蓝盾光电子股份有限公司等单位,组建北京地区激光雷达观测网,在北京理工大学、北京南郊、健德桥等地开展激光雷达霾观测试验。连日来,北京地区共计10余台激光雷达系统开展了联合协同观测,实时监控观测北京地区霾层厚度的变化,获取了丰富的大气垂直高度及气溶胶颗粒等信息。 激光雷达霾层厚度观测设备。   在开展观测数据服务工作的同时,观测服务效益也凸显。利用激光雷达综合观测数据,气象探测中心开展激光雷达霾厚度观测产品的综合加工处理,每日制作并提供北京地区霾层厚度激光雷达观测产品,供全国天气会商及编制决策服务材料使用。其中,12月19日加工制作的激光雷达霾厚度观测产品在《新闻联播》后的《天气预报》节目中得以使用和展示。节目中,一张直观清晰的北京城区霾层厚度监测图出现在屏幕上,横轴显示不同的时间点,纵轴显示霾层在不同公里数上厚度的差别,上方配以消光系数,同时主持人深入浅出的讲解,使观众对“激光雷达霾层厚度观测”建立起感性认识。 新闻联播天气预报节目展示北京城区霾层厚度监测情况。   据悉,下一步,气象探测中心将根据服务需求,继续改进探测产品,积极探索新型探测设备的产品开发及应用,更加充分地发挥综合观测效益,同时全力做好综合观测系统的运行监控、技术保障工作,为气象预报预测服务提供有力支撑。  北京健德桥的激光雷达霾层厚度连续观测结果。北京南郊的激光雷达霾层厚度观测结果。 (责任编辑:栾菲)
  • 突发!美议员敦促拜登政府调查并制裁所有中国激光雷达公司
    美国众议院中国共产党特别委员会的共和党人和民主党人敦促拜登政府官员调查所有中国的激光雷达(光探测和测距 ,简称LiDAR) 技术公司,以确定是否有理由将其列入三个制裁名单——国防部的中国军工企业名单、商务部实体清单以及财政部的非 SDN 中国军工复合企业名单(CMIC清单)。在当地时间11月28日致商务部长吉娜雷蒙多(Gina Raimondo)、财政部长珍妮特耶伦(Janet Yellen)和国防部长劳埃德奥斯汀(Lloyd Austin)的一封信中,该小组的20名议员警告称,激光雷达“目前不受美国出口管制或政府采购限制的约束”。激光雷达是一种遥感技术,使用脉冲激光来测量周围物体的距离、速度和高度。议员们写道,这是“用于自动驾驶系统和机器人的关键技术”,包括无人机和自动驾驶汽车。这封信由15名共和党人和5名民主党人签署,其中包括委员会主席迈克加拉格尔(Mike Gallagher)和高级成员拉贾克里希纳穆尔蒂(Raja Krishnamoorthi),D-Ill。议员们对美国的技术被用于对手的激光雷达系统,以及反过来说,这些外国支持的激光雷达系统被用于美国的关键应用表示担忧。信中写道:“鉴于激光雷达的重要性,确保外国激光雷达系统中使用的美国技术不会被我们的对手用来制造自主军用车辆和武器至关重要。”。“还需要采取紧急行动,阻止外国敌对国家的国家支持实体生产的激光雷达在美国市场扩散,或进入美国资本市场或美国关键基础设施系统。”随着美国和中国在科技领域的全球主导地位陷入激烈竞争,信中警告称,北京“认为激光雷达是一项战略技术,并呼吁将其开发用于国家安全和军事工业。”信中补充道:“直到2018年,全球激光雷达市场一直由美国公司主导,但由于中国产业政策的支持,包括关税和补贴,中国激光雷达公司正在迅速发展。”信中指出,一家中国公司——合赛科技“按销售收入计算,拥有47%的全球市场份额。”议员们呼吁商务部、财政部和国防部“调查中国的激光雷达行业,找出应列入各自机构清单的实体,以及美国的特定技术是否应受到对中国的出口管制”——特别是激光雷达技术中使用的底层芯片,这些芯片不受现有限制。拜登政府加大了阻止美国资本和高科技设备流向中国关联公司的力度,包括在10月宣布计划收紧此前实施的对中国出口先进半导体的限制。此前,乔拜登(Joe Biden)总统于8月发布了一项行政命令,限制美国在某些特定科技领域对中国的投资。然而,尽管做出了这些努力,议员和官员们仍然担心先进技术流向中国,以及北京方面规避已经实施的出口管制的能力。在本月早些时候发布的2023年年度报告中,美中经济与安全审查委员会(U.S.-China Economic and Security Review Commission)警告,由于“军民融合”,对中国的出口管制“现在面临重大执法障碍”。在周二的两党信函发表之前,包括加拉格尔和克里希纳莫西在内的另一组众议院议员于11月15日致信10家在美国进行自动驾驶汽车测试的中国公司,对他们收集的数据类型表示担忧。
  • 【新品】禾赛重磅发布“性能王牌”AT512,重新定义激光雷达行业标杆
    1月9日,禾赛科技正式发布面向搭载智能驾驶系统量产车市场的“性能王牌”产品—— 512 线超高清超远距激光雷达 AT512。作为禾赛 AT 系列的“综合性能巅峰之作”,AT512 展现了激光雷达技术的突破性进展,主要面向对性能、可靠性、安全性有极高要求的高端智能驾驶量产车型。AT512 搭载禾赛最新的第四代自研芯片,通过引入 3D 堆叠、光噪抑制等前沿技术,以极致的光学收发效率、顶尖的垂直整合能力,在体积不变的情况下实现了性能全面升级,参数拉满。测距能力翻倍多项参数超越市场同类作为高阶智能驾驶必备传感器之一,激光雷达凭借抗干扰、真三维、高置信度等优势,已逐渐成为智能车型的标配。激光雷达拥有更远距离的测距能力,意味着智能汽车能够在更远处发现潜在危机,为系统决策提供更多的反应时间,从而极大地提高行车安全性及舒适性。AT512 可实现 300 米标准测远(@10% 反射率),相比 AT128 提升了 50%。最远测距达到 400 米,是市场同类远距激光雷达的 2 倍。无论是 400 米的车辆还是行人都能敏锐捕捉,极大提升了车辆对周围环境的感知能力,让车辆至少提前一倍距离发现目标,为系统安全决策增加了 40% 以上的反应时间,最大程度守护智驾安全。400 米外分辨率对比搭载最新第四代自研芯片1230万点频实现超高清三维感知禾赛的前三代自研激光雷达芯片均已实现成功量产并且大规模交付。基于多款自研芯片的成功经验,禾赛最新的第四代自研芯片集成度再上一个台阶,能够实现每秒最高处理点数超过 1 亿个点的超高性能。得益于禾赛第四代芯片大幅提升的集成度,AT512 以每秒约 1230 万的超高点频为汽车提供图像级超清晰三维感知,拥有全局均匀的 0.05° x 0.05° 角分辨率,点云密度是 AT128 的 8 倍,同时也达到市场上其他同类远距产品的 10 倍以上。可以说,无论是测远还是分辨率,AT512 均可视为当前市场 ADAS 远距激光雷达综合性能的巅峰之作。AT512 点云展示,10Hz,单帧效果AT系列平台化架构产品可靠性与量产交付能力保证作为 ADAS 远距主雷达,禾赛 AT 系列采用高度集成化的芯片收发模块、稳定可靠的一维扫描,兼具性能、成本和可靠性,且点云模式均匀规整,有利于感知算法的适配。AT512 沿用 AT 系列成熟的平台化架构设计,可靠性和量产制造性均已成功经过市场验证,与 AT128 统一的点云模式和更小的高度尺寸,让汽车硬件切换升级更加高效。目前,AT 系列已经获得了包括上汽、一汽在内的 15 家领先主机厂和 Tier-1 客户超 50 多个车型的前装量产项目定点。自成立以来,禾赛激光雷达累计交付量突破 30 万台,是全球首个创下此里程碑的车载激光雷达公司,并在去年 12 月实现单月交付量突破 5 万台 ,再次刷新行业单月交付记录。禾赛激光雷达已经在 10 万台+的量级上,成功经历了超过一年时间的用户实际使用质量验证,面对严寒、酷暑、震动、灰尘、雨雪等严苛工况,禾赛激光雷达始终保持着出色的性能表现和稳定性,赢得客户的青睐与信任。AT512 的发布重新定义了激光雷达行业性能标杆,参数拉满下的卓越性能将为高端智能驾驶量产车型提供超高清、超远距的三维感知能力,助力带来更安全舒适的智能驾驶体验。作为激光雷达技术突破性进展的体现,AT512 再次印证了禾赛在自研技术方面的全球领先地位。凭借前沿的研发技术和卓越的创新能力,禾赛将引领车载激光雷达行业迈向新高度。
  • 中央气象台:激光雷达告诉你雾霾有多厚!
    (图片来源:CCTV综合频道)昨晚打开电视,word天!中央气象台宋老师正指着激光雷达分析图,介绍最近几天北京的天气状况:雾和霾正在进入最严重的时期,其中重度霾影响到12个省市自治区,不仅时间长范围广,而且浓度高霾层厚。通过雷达的结果,我们可以看到北京的霾层厚度可以达到一千米左右,而之前影响只到500米。今天下午,中央气象台继续发布了橙色预警。北京的污染已经如此严重了,其他城市的污染又如何?大家注意了,小编又要贴出晃眼睛的AQI指数分布图了,看看你家“爆表“”没。全国AQI指数分布图 看到这幅图,小编只想对京津冀的朋友们说:且行且珍惜。更严重的是,河北某些地区PM2.5已经破千,雾霾浓得化不开,贴张图让大家感受下。初次看到这张图时,小编有点方......这能见度,快到达伸手不见五指的地步了。话说回来,京津冀都是这样吗?我们截取了京津冀某地段的激光雷达监测图,请看下图。京津冀某地激光雷达消光系数图 和以前没差啊,还是一如既往的红红火火,从近地面到高空300米左右,消光系数一片红,污染及其严重。但不同于昨天的是,18号下午,高空1.5km处有一条污染传输带,随着时间逐渐下沉影响到近地面的空气质量。这一局地污染的现象,被我们的雷达监测到,并且雷达还捕捉到了高空污染传输的现象。随后,中科光电的小伙伴们以19号凌晨4点、800米高度为起点,绘制了天津某地段上空24小时前的气流传输方向,发现这次的高空污染传输带是从3500米高度处的西北方向而来,气团经由大同、北京一路往东逐渐下沉,看下图。后向轨迹图那么,京津冀地区的扩散条件怎样呢?我们来看一张天气形势图。(数据来源:中央气象台)从地面气压场来看,京津冀地区处在弱高压前部的巨大鞍形场之中,空气的水平气压差极小,导致水平对流运动很弱。原来,局地排放+外来输送+极差的污染扩散条件,赤果果造成了这次重大污染!昨天小编还在朋友圈晒无锡的蓝天白云,收到北京的小伙伴发来警告,“别得意太久,长三角马上就要沦陷了”,结果......早晨出门能见度好低,顿时感觉不能呼吸。于是,赶紧调出中科光电“埋伏”在无锡的雷达来看看数据,无锡地区激光雷达消光系数图上图可以清楚的看到,18号近地面到高空的消光系数还是很小的,能监测到3公里处的云!但是!!到19号,雷达图上的消光系数逐渐增大,污染开始加重,颗粒物主要分布在1公里范围内,以局地污染为主。在这样污染严重的状况下,我们的雷达居然能穿透厚厚的灰霾层,监测到了高空的云层信息,穿透能力也是没谁了!长三角算是“沦陷了”,“珠三角”的中科小伙伴发来电报。公司的走航车这些天一直驻守在珠三角地区,兄弟们在那蹲守半个多月啦,每天跟着雷达车东奔西跑,这是今天刚刚出来的走航结果,各位请看,雷达放在车上,边走边打激光,走哪测哪,出来的图是和地图直接叠加的,哪里有污染(红色),哪里空气好(蓝绿色),一目了然。图中可见广州地区的消光系数基本在0.4以下,一圈跑下来,只有一处污染比较严重,这块污染地是条高速公路,受地面扬尘和汽车尾气的影响,污染严重总的来说,广州空气还是不错哒~~一万个羡慕~~傍晚时分,小伙伴用他的老古董手机随手拍了一张夕阳图,小编也放上与大家分享,希望我们都能拥有美好蓝天!
  • 大气激光雷达观测与研究:追风掣电识大气
    地球大气为人类生存和发展提供了非常重要的保障,研究该区域中的大气环境与物理和化学过程,对于航天、国防、人类生活以及地球生物圈的安全至关重要。  武汉大学研制的拉曼激光和钠荧光激光雷达的发射单元     中国科学技术大学研制的车载多普勒测风激光雷达系统  识风须追风  中高层大气研究关注的主要参数包括中性大气的密度、温度和风场、电离成分、微流星体、辐射场等。  “研究中高层大气的结构和变化特征对于理解发生在这个区域中的基本物理过程,保障航天器和航天活动的安全具有重要意义。”武汉大学教授易帆对《科学时报》记者说,“这些航天器在高层大气环境中能否正常工作,将直接影响通信中继、电视转播、导航定位等。近年来,平流层飞艇由于多用途和低能耗被称为‘多功能绿色航空器’,要保证其在节能条件下稳定运行,该高度上大气风场信息极为关键。因此,这一研究与人类生活密切相关。”  中高层大气的主要热源来自太阳的极紫外辐射和X射线对氧分子的加热以及高能粒子在大气层中的沉降。太阳活动剧烈时,高能粒子在大气层中沉降事件增加,这会加热高层大气并使之密度上升,从而增加低轨道飞行器的阻力并降低其轨道。此时如果飞行器不能及时变轨,将大大影响飞行器的使用寿命。对于低轨道飞行器来说,中高层大气的密度、成分温度和压力会影响到飞行器的轨道定位、轨道衰减速率和在轨寿命。  另外中高层大气也会影响到飞行器表面的温度和姿态控制,其化学组分——例如原子氧等——也有可能对飞行器造成化学损伤,另外,飞行器表面的辉光现象也与大气成分有关。所以,设计飞行器时,必须根据其飞行高度和飞行时间研究中高层大气对飞行器的影响,确定携带轨道修正推助器的质量,以及合适选用的表面材料和必要的防护措施。  仪器是利器  因为中高层大气离人类住居的地表较远,通常需采用无线电和光学遥感探测技术才能实现对其参数的测量。由于起步较晚,我国中高层大气激光雷达探测技术曾经十分薄弱。  “探测是中高层大气研究的基础和出发点,而我国缺乏大型探测设备和自主观测资料等因素,极大地限制了该学科的发展。”易帆说,“80km至100km高度范围的金属成分是流星消融的产物,其行为(结构和变化)反映了大气和太空的过渡区域中的物理特征。当前人们对金属成分的认识还很肤浅,许多问题都无法解释。”  由于中高层大气研究对大型仪器的依赖,我国中高层大气观测相对其他领域显得薄弱一些。  “对中高层大气重要参数,其中包括动力学参数(风速、温度、密度)、化学成分分布和大气辐射的研究都依赖观测仪器。国际上也存在同样的问题。这一领域很多一手资料都是近些年才积累起来的。” 中科院空间科学与应用研究中心研究员徐寄遥对《科学时报》记者说,“观测技术本身就是一个很大的研究课题。因此仪器研制也成为中高层大气研究的重要部分。”  近年来,在基金委、教育部和科技部的支持下,我国科技工作者自主研发出多种不同功能的大型激光雷达,将我国的中高层大气遥感探测和研究推向国际前沿。  以武汉大学为主的研究团队经过十多年的艰苦努力,研制出7台大型激光雷达系统,形成了当今亚洲功能最强大的中高层大气激光雷达综合探测平台。他们研制的世界第二台铁波尔兹曼中层顶测温激光雷达系统,在我国首次实现了80km~100 km中层顶大气温度的激光雷达测量。  该团队完全采用激光雷达技术,实现了对3km~100km高度范围大气温度的同步遥感探测。这是国际上第二次完全采用激光雷达技术,实现从近地面到100km大气温度剖面的测量。这种激光雷达综合探测技术可广泛应用于大气科学研究,对环境变化研究具有重要意义。他们研制出的偏振激光雷达与国际上的星载激光雷达进行了细致的比对,获得了定量的一致,表明他们完全掌握了偏振激光雷达技术。最近,我国继韩国之后,研制出世界上第二台全水谱拉曼激光雷达,能测量云中水的相态(液态或气态),在天气预报中具有重要意义。  中国科学技术大学研究团队先后建立了米/瑞利/钠荧光双波长激光雷达系统和车载多普勒测风激光雷达系统。该雷达所达到的技术指标与国际上唯一报道的一台车载平流层多普勒测风雷达技术指标相当。  2010年2月, 中国科学技术大学车载多普勒测风激光雷达系统通过专家鉴定,专家组一致认为:该仪器首次在国内实现了多普勒测风激光雷达对40km高度平流层大气风场的探测,且具有可重复部署性。  由这些激光雷达构成的探测平台使我国的中高层大气探测能力进入国际前沿。激光雷达观测导致了一些新现象的发现,也给我国的国防、航天和大气空间环境研究提供了数据基础。  有术更有效  我国学者在过去十年里自主研制出多台不同功能的大型激光雷达系统,这些雷达系统能观测该区域多种大气参数和金属原子层,建立了在国际上有影响的中高层大气观测站。  “近十年我国在中高层大气研究方面进步很快,发现了一些新现象,在中高层大气观测和模拟研究上也取得了有国际影响力的研究成果,总体上正逐渐逼近国际先进水平。”徐寄遥说,“这得益于我国仪器研制的成果和子午工程等的带动。目前我国在主动光学探测仪器,例如测风测温激光雷达,以及光学干涉仪和全天空气辉成像仪等被动光学仪器的研制方面初步形成规模。”  在观测研究方面,我国学者利用地球卫星、激光雷达和车载多普勒测风激光雷达等加深了对中高层大气动力学过程的理解。在中层顶金属层激光雷达观测研究,在0km~100 km 高度范围大气温度的激光雷达测量,在车载多普勒测风激光雷达研究,在激光雷达和其他仪器的联合观测方面都取得了较有影响力的成果。  在模式研究方面,我国学者揭示了大气波动非线性传播行为的有效方法,建立了高精度的全非线性动力学模式,对重力波的非线性传播研究取得一系列成果,已走在国际前列。我国自主建立了完全基于大气探测数据的第一代临近空间大气动力学模式。该模式与国际上公开发表的大气温度和密度经验模式(NRLMSISE-00)以及大气水平风场经验模式(HWM)相比,某些区域的精度有明显提高。
  • 便携式颗粒物激光雷达的“人生终极三问”
    第三届气象科技活动周南京主场活动中,聚光科技(杭州)股份有限公司下属子公司无锡中科光电技术有限公司(以下简称“中科光电”)便携式颗粒物激光雷达收获了众多关注目光。  大家对它有诸多疑问,归纳起来主要是:Q1 我是谁?学名  便携式颗粒物激光雷达主要构成  主机+云台+支架,分析软件优点  这个有点多Q2 我从哪里来?诞生于创新基地  中科光电怀有光荣梦想  近些年雾霾日益严重,科学治霾需要说清楚污染源状况、说清楚环境质量现状及变化趋势、说清楚潜在的环境风险。面对繁重的环境监测任务,已有的传统监测设备不能完全满足要求。  为了弥补传统大气环境监测的不足,提升环境监测对科学开展环境管理的支撑作用,激光雷达立体监测技术应运而生。  我的梦想是仰望蓝天,遥望星空!肩负重要使命 Q3 我到哪里去?主要战场  哪里有大气污染,哪里就有我的身影。  人力不可及的地方,我也能不辱使命。应用区域  1、垂直监测,获取气溶胶垂直时空分布、边界层高度、云信息等,判别外来或本地污染来源;  2、水平扫描,实时监控、突发源快速定位,精准溯源、偷排漏排取证,开展专项监测和专项管控,高架源或者爆炸后的烟羽扩散、对站点数据影响评价;  3、走航观测,边走边测,实时获取大区域气溶胶浓度分布和烟羽扩散影响评价。战绩显著  在福建、广东、江苏、河南等多地支撑蓝天保卫战,让当地的大气污染防治“有数可依”,为空气质量改善提供了有力的科技支撑。未来可期  希望我的脚步能够遍布全国,和小伙伴们一起组成全覆盖、全天候的激光雷达网,全力支撑空气质量持续改善,让大家不再惧怕“十面霾伏”,能够见到更多蓝天和星空。
  • 激光雷达校准专用漫反射板—PERMAFLECT
    激光雷达校准专用漫反射板,permaflect,自动驾驶,激光雷达近期,自动驾驶无疑已经成为科技圈和汽车圈的热点话题,其中一些主流汽车如特斯拉、奥迪、奔驰、宝马也纷纷进军自动驾驶领域。日前主流观点认为,激光雷达已经成为自动驾驶不可或缺的关键传感器。激光雷达的性能直接决定了adas和无人驾驶系统的性能!蓝菲光学生产的permaflect目标板可帮助校准激光雷达距离测量性能,更好得满足客户要求!蓝菲光学仪器有限公司与aeye、delphi、gentex、leidos、luminar technologies、quanergy systems、snitch、velodyne lidar、zoox公司有长期合作,蓝菲光学优质的产品质量和售后服务得到一致肯定!matthew weed, luminar 技术研发总监曾讲到:“为部署安全的自动驾驶车辆,luminar 的客户要求激光雷达系统能够在200多米的距离内对低至10%反射率的目标物实现精准测距。我们通常在200多米的距离上使用蓝非光学的permaflect目标板,来验证我们的产品是否满足客户严苛需求。”针对顾客严苛的技术要求条件,蓝菲光学仪器有限公司产品总是不断优化创新,生产出的permaflect 目标板满足激光雷达关键性能因素三到四个灰度等级(50%,5% - 94%)用于adas的激光雷达动态范围测试近红外激光波长908~940 nm和1550 nm的反射率由于传感器的工作距离,目标板需要大于a8或信纸尺寸(0.5到1平方米)整个反射面上的均匀性量产的一致性和现场使用的稳定性安装无需框架朗伯漫反射性能良好不随入射角改变
  • 机载双频激光雷达重大仪器专项启动
    2月28日,国家重大科学仪器设备开发专项――机载双频激光雷达产品研发和应用项目启动会在上海光机所溢智厅举行。会议由陈卫标副所长主持。  该项目由上海大恒光学精密机械有限公司牵头组织,上海光机所提供技术支持并承担激光探测组件开发,杭州中科天维科技有限公司负责整机集成和开发,合作单位还包括:国家海洋局第二海洋研究所、北京林业大学、中科院遥感与数字地球研究所及山东科技大学等。为保证项目的顺利进行,项目成立了以李德仁院士和潘德炉院士为首的技术委员会,同时还成立了用户委员会。  与会专家听取了陈卫标的项目介绍,牵头单位及各合作单位对技术方案的介绍,并重点围绕项目开展、产品的市场化与推广等方面展开了热烈的讨论,提出了建议与意见。最后,项目技术委员会专家一致认为:该项目已具备启动和实施的条件,希望项目承担单位尽快完善项目的总体设计方案,以推动项目的顺利开展。希望瞄准激光雷达的国产化目标,以激光雷达系列产品的研发和市场推广为主线,推动新产品的示范应用及产业化工作。(
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