激光雷达技术及其应用
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Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ： ＬｉＤＡＲ ： ｃｏｌｌｉｎｅａｒ ｅｑｕａｔｉｏｎ； ｇｅｏｍ ｅｔｒｉｃａｌ ｍ ｏｄｅｌ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
Ｏ引言
２０世纪 ６０年代初 出现了 以测 距 为主 要 功能 的激 光 雷达 （ＬｉＤＡＲ），它 以高 角 分辨 率 、高 速度 分 辨 率 、高距 离分辨 率 、强抗 干扰能 力 、良好 的隐蔽 性 ，以及 出色 的全天候 工作能 力在很 多领域尤 其是 军事领域 中得到 了广泛 的应 用Ｉ ］．ＬｉＤＡＲ技 术 （Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ） 也称 机载 激光 雷达 ，它 是 一 种 安 装 在 飞 机 上 的 机 载 激 光 系 统 ，通 过 量 测 地 面 的 三 维 坐 标 ，生 成 ＬｉＤＡＲ 数 据 影 像 ，经 过 相 关 软 件 处 理 后 ，可 以 生 成 地 面 的 ＤＥＭ 模 型 、等 值 线 图 及 ＤＯＭ 正 射 影 像 图 ． ＬｉＤＡＲ 系 统 通 过 扫 描 装 置 ， 沿 航线采集 地面点 三维数据 ；系统 可 自动调 节航带 宽度 ，使 其与航 摄宽度 精确 匹配 ，在不 同 的实地条 件 下 ，平 面精度可 达 ０．１ Ｉｌｌ，采样 间隔 为 ２～１２ ｍ．ＬｉＤＡＲ是 集 激光 技术 、光 学技 术 和微 弱信 号技 术 于一体而发 展起来 的一种现 代化光 学遥感手 段 ，它 使用激光 作为探 测波段 ，波长 较短而且 是单 色相干 光 ，凶而呈 现 出极 高的分辨 本领和抗 干扰能 力 ，为 其在各方 面 的应 用奠定 了重要 基础 ．ＬｉＤＡＲ探测技 术 不仅可 以获得 目标地物表 面的反 射能量 的大小 ，同时还可 获取 目标反射 波谱 的幅度 、频 率和相 位等 信 息 ，用 于 测 速 和 识 别 移 动 目标 ， 在 环 境 、 生 态 、 通 信 、航 天 等 方 面 有 着 广 泛 的应 用 ． 本 文 重 点 介 绍 ＬｉＤＡＲ 的技 术 现 状 和 应 用 领 域 ．
２ 激光测量 系统 的几 何模 型
尺＝
，
（］Ａ 耋 ］ ，＋ ［］
ａｌ ＝ ｃｏｓ￣ｏｃｏｓ Ｋ — ｓｉｎ￣ｐｓｉｎ ｒｏｓｉｎ Ｋ，ａ２ ＝ ｃｏｓ￣ｐｓｉｎ ，ｃ— ｓｉｎ ￣ｐｓｉｎ ｏ．ｃｏｓ Ｋ，ａ３ ＝ 一 ｓｉｎ ￣ ｐｃｏｓ∞ ；
可 以通过 ＤＧＰＳ动态测 定 中心 发 射 中 心 坐标 ，ＩＮＳ测 得 姿 态 参 数 ，这 样 就 可 以计 算 出旋 转 矩 阵 通 过对 中误差 的分 析可知 ，不 同点 的定位 精度 是不 同的 ，定位 精度 随 角 的增 加 而减 少 ，且 ｓ增 大时 ，精度 降低 ．实际 过程 中 ，通 常可设 定一些 参数 为定 值 ，这样 可 以减 少测量 和 简化计算 过 程．
经得到 了广泛 的应用 ． ３．１ 激 光 雷 达 在 军 事 方 面 的 应 用
主动式激 光雷达用 于军事成 像侦 察 有 显著 的 优越 性 ，它 不仅 可 以 获取 目标 及 周 围地 区清 晰 的图 像 ， 而 且 还 可 以 获 得 运 动 物 体 的 速 度 和 方 向 ， 某 些 波 段 的 激 光 雷 达 还 能 够 侦 察 隐 蔽 目标 ．在 军 事 应 用 方 面 ，激 光 雷 达 主 要 有 以 下 应 用 ：
（３）气象 要素 的观测．在 大气环 境 污染 观测 中有关 风速 、气 温 、湿度 等 气象 要 素是 不 可 缺少 的 重要 参数． 近年来利 用拉曼散 射与温 度关系研 制 出的 拉曼散 射 激光 雷达 ，已得 到广 泛 的应用 ．此外 ， 利 用 多 普 勒 激 光 雷 达 也 可 以测 量 风 速 ． ３．３ 激 光 雷 达 在 测 绘 中 的 应 用
（２） 大气成分 观测．差分 吸收激 光 雷达 的 主要 作用 是 大气 成分 的测 定 ．其 测量 原 理是 使 激光 雷 达 发射 出两 种不等波 长 的光 ，其 中一 个波长 调制 到与待测 物质 的吸收波段 内，另一波长 调制到 吸收系 数 小 的边翼 ，然后 以高重复 频率将这 两种波 长交替 发射到 大气 中 ，通过分 析两者 波长 的回波信号便 可 得 到 待 测 对 象 的浓 度 分 布 ，从 而 达 到 测 量 目的 ” ．
１ 激光雷达的发展过程
第 １代 激 光 雷 达 于 １９６７年 由 美 国 国 际 电话 和 电 报 公 司 研 制 ，用 于 开 发 航 天 飞 行 器 交 会 对 接 用 的
收稿 日期 ：２００９—０８一ｌ２ 作 者 简介 ：陈 利 ， （１９６７一）， 男 ，陕 西西 安 人 ，高 级 工程 师 ，长 期从 事 空 间 数 据生 产 与 地 理息 系统 开 发 工 作 Ｅ—ｍａｉｌ：ｔｒｋｊ＠ ｒｉｐ．ｓｉｎａ ｃｏｎｌ
关 键 词 ：激 光 雷 达 ；共 线 方程 ；几 何 模 型 ； 应 用
中 图 分 类 号 ：Ｐ６２７ ０４
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１６７３—９７８７ （２００９）０５—０５８３—
ＬｉＤＡＲ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＣＨＥＮ Ｌｉ，ｊＩＡ Ｙｏｕ， ＺＨＡＮＧ Ｅｒ—ｙａｎ
第 ２８卷 第 ５期 ２００９ １０月 年
河 南 理 下大 学学 报 （自然科 学 版 ） ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＮＡＮ ＰＯＩ ＹＴＥＣＨＮＩＣ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ （Ｎ ＡＴＵＲＡｌ ＳＣＩＥＮＣＥ）
Ｖｏｌ・２８ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ－２００９
激光雷达技术及其应用
陈 利 ，贾 友 ，张 尔严
（陕 西 天润 科 技 有 限 责 任公 司 ，两 安 ７１００５４）
第 ５期
陈 利 ，等 ：激 光雷 达技 术 及 其 应 用
５８５
３ 激光雷达的主要应用
由 于激 光 雷 达 特 有 的优 势 ，在 国 民经 济 建 设 中 如 农 林 业 、军 事 侦 察 、水 利 电 力 勘 查 设 计 、道 路 设 计 、 国 土 资 源 与 气 象 环 境 调 查 、国 家 基 础 测 绘 、城 市 规 划 、煤 矿 区地 质 环 境 动 态 监 测 等 各 大 领 域 中 已
５８４
河 南 理 工 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ）
２００９年 第 ２８卷
激光 雷达 ，１９７８年 ＮＡＳＡ／ＭＦＳＣ研 制 出了用 于 同一 目的 的 Ｃ０２干涉 激 光雷 达 －７ ．１９７６年 用 于研 究地球 科学 的星载 激光 雷达一 经问 世就得 到重 视 ，ＮＡＳＡ和 ＮＯＡＡ委托 美 国无 线 电公 司 和帕新 一爱而 莫 公 司 开 发 用 于测 量 全 球 对 流 层 风 场 的 Ｃ０２相 干 激 光 雷 达 Ｉ９］． １９８８年 ＮＡＳＡ 研 制 出 激 光 大 气 风 探 测器 ，空 间分辨率 达 到 １０００ｍ左 右 ，利 用 不 同高 度 背 向散 射 测量 水 平 风 场 ¨ …．２Ｏ世 纪 ９０年 代 ， 由于全 固体激光 技术 和二极 管泵浦 全 固态技 术的 发展 ，较 好地 解 决 了制 约 星载激 光 雷 达 的寿 命 问题 ， 开辟 了高 精度绘 图 、远程测 距 、环 境监 测 、测云 、测地 被 、测 目标 和非 相干测 风等 应用邻 域 ，发展 了 基 于 ＤＰＳＳ技术 的差分 吸收 激 光 雷 达 、拉 曼 散 射 激 光 雷 达 、非 相 干 多 普 勒 激光 雷 达 和 生 物 激 光 雷达 等 ，显示 出 巨大的经 济效益 和军 事价值 ．
激光雷 达系统结 合其他定 位技术 可进行 大范 围 ＤＥＭ 的高精 度实 时获 取 ，直接 获取 真实 地 表 的高 精 度 三 维 信 息 ，用 于 城 市 道 路 、堤 坝 、隧 道 等 复 杂 目标 的实 时 监 测 与 模 型 化 ，是 建 立 三 维 城 市 ＧＩＳ的 关 键 技 术 ． 固 定 小 型 系 统 可 进 行 人 体 、各 种 模 具 的三 维 实 时 监 测 ，而 且 还 可 以 用 于 工 程 开 挖 与 堆 积 物 容 积 的 快 速 测 定 、智 能 交 通 系 统 的 管 理 、城 市 发 展 调 查 与 规 划 设 计 等 ．
（２）用 于测距．它 能提供 不 同 目标 的特 征信 息 ，从 而 区分 大 到车 辆 ，小到 人 员 的各 种 目标 、尺 寸 ；能 对 目标 成 像 ，且 分 辨 率 很 高 ；能 给 机 载 武 器 发 射 系统 提 供 目标 距 离 ，并 选 择 目标 的 瞄 准 点 ．
（３） 用 于 低 飞 目标 的 跟 踪 测 量 ． 美 国夕 尔 凡 尼 亚 公 司 研 制 的 车 载 “精 密 跟 踪 系 统 ” 其 测 距 精 度 可达 ０．１ ｍ．对提高 导弹超低 空飞行 能力 和命 中精度 、飞机 着陆 系统 校准 、导航 卫 星定位 校 准等都 发 挥特 殊的作 用… ．
（Ｓｈａｎｘｉ Ｔｉａｎ—ｒⅡｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｌｎｃ， Ｘｉａｎ ７ １００５４，Ｃｈｉｎ ａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｒｓｔｌｙ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ｔｈｅ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｌｌｉｎｅａｒ ｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｄａｒ ｉｎ ｍ ｉｌｉｔａｒｙ，ｗｅａｔｈｅｒ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｓｐｅ— ｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｍｅａｓｕｒｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｌｅｄ． Ｌａｓｔｌｙ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｄａｒ ｉｓ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ．
目前 国 际 上 许 多 公 司 、研 究 机 构 已 投 入 大 量 的 人 力 和 财 力 进 行 激 光 雷 达 相 关 技 术 与 系 统 的 研 究 ． 加拿 大卡尔 加里大学 １９９８年进行 了机载激 光 扫描 系统 的集 成 与 实验 ，通过 对 激光 扫描 仪 与 ＧＰＳ、数 据通讯 设备 的集成 ，组 成 了一 个机载激 光扫描 三维数 据实时 获取 系统 Leabharlann Baidu并进 行 了一定 规模 的实验 ，取 得 了 良好的效果 ．荷兰测 量部 门 自 １９８８年就 开 始从 事使 用 激 光 扫描 技 术 获取 地 形信 息方 面 的研 究 ，美 国 、法 国 和 中 国 的 一 些 大 学 机 构 正 在 积 极 进 行 这 方 面 的 研 究 工 作 ．
在军事 上 ，激光 雷达还 可用于 目标飞行 器 的测 量 ，为舰 艇提供 海 面信 息 、跟 踪和监 测化学 武器污 染 及 云 团情 况 ，保 卫 有 生 力 量 ． ３．２ 激 光 雷 达 在 大 气 环 境 监 测 方 面 的 应 用
（１）大气 污染物分 布监测 ．低空 中存 在 的大 量气 溶 胶是 造 成大 气 污染 的 主要 因 素 ，激 光 雷达 发 ｌＪ的 激 光 与 这 些 粒 子 作 用 时 会 发 生 米 氏 散 射 ，米 氏散 射 激 光 雷 达 根 据 这 一 性 质 完 成 气 溶 胶 浓 度 、空 间 分 布及能见 度的测定 ．
（１）用于巡航 导弹 的研制 和导航 ．美 国休 斯 公 司 、通 用 动力公 司和 麦． 道公 司联合 为 巡航 导 弹 生 产 激 光 雷 达 、制 导 系 统 、地 形 匹 配 系 统 ． 他 们 宣 称 ： “激 光 雷 达 能 改 善 现 有 和 未 来 的 巡 航 导 弹 的 目 标 瞄 准 功 能 ”，从 而 大 大 提 高 巡 航 导 弹 的 生 存 能 力 ．
摘 要 ：根 据 激 光 雷 达 （ＬｉＤＡＲ） 的 测 距 原 理 及 中心 投 影 共 线 条 件 方程 式 ，建 立 了激 光 雷 达 测 量 系统 的几何模 型及其精度 评价模 型 ，对激光 雷达在 军事 、气象 、地质 、环境 与测绘等 领域 的 应 用 以及 激 光 雷 达 未 来 的 发 展 趋 势 作 了 详 细 介 绍 ．
Ｏ引言
２０世纪 ６０年代初 出现了 以测 距 为主 要 功能 的激 光 雷达 （ＬｉＤＡＲ），它 以高 角 分辨 率 、高 速度 分 辨 率 、高距 离分辨 率 、强抗 干扰能 力 、良好 的隐蔽 性 ，以及 出色 的全天候 工作能 力在很 多领域尤 其是 军事领域 中得到 了广泛 的应 用Ｉ ］．ＬｉＤＡＲ技 术 （Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ） 也称 机载 激光 雷达 ，它 是 一 种 安 装 在 飞 机 上 的 机 载 激 光 系 统 ，通 过 量 测 地 面 的 三 维 坐 标 ，生 成 ＬｉＤＡＲ 数 据 影 像 ，经 过 相 关 软 件 处 理 后 ，可 以 生 成 地 面 的 ＤＥＭ 模 型 、等 值 线 图 及 ＤＯＭ 正 射 影 像 图 ． ＬｉＤＡＲ 系 统 通 过 扫 描 装 置 ， 沿 航线采集 地面点 三维数据 ；系统 可 自动调 节航带 宽度 ，使 其与航 摄宽度 精确 匹配 ，在不 同 的实地条 件 下 ，平 面精度可 达 ０．１ Ｉｌｌ，采样 间隔 为 ２～１２ ｍ．ＬｉＤＡＲ是 集 激光 技术 、光 学技 术 和微 弱信 号技 术 于一体而发 展起来 的一种现 代化光 学遥感手 段 ，它 使用激光 作为探 测波段 ，波长 较短而且 是单 色相干 光 ，凶而呈 现 出极 高的分辨 本领和抗 干扰能 力 ，为 其在各方 面 的应 用奠定 了重要 基础 ．ＬｉＤＡＲ探测技 术 不仅可 以获得 目标地物表 面的反 射能量 的大小 ，同时还可 获取 目标反射 波谱 的幅度 、频 率和相 位等 信 息 ，用 于 测 速 和 识 别 移 动 目标 ， 在 环 境 、 生 态 、 通 信 、航 天 等 方 面 有 着 广 泛 的应 用 ． 本 文 重 点 介 绍 ＬｉＤＡＲ 的技 术 现 状 和 应 用 领 域 ．
２ 激光测量 系统 的几 何模 型
尺＝
，
（］Ａ 耋 ］ ，＋ ［］
ａｌ ＝ ｃｏｓ￣ｏｃｏｓ Ｋ — ｓｉｎ￣ｐｓｉｎ ｒｏｓｉｎ Ｋ，ａ２ ＝ ｃｏｓ￣ｐｓｉｎ ，ｃ— ｓｉｎ ￣ｐｓｉｎ ｏ．ｃｏｓ Ｋ，ａ３ ＝ 一 ｓｉｎ ￣ ｐｃｏｓ∞ ；
可 以通过 ＤＧＰＳ动态测 定 中心 发 射 中 心 坐标 ，ＩＮＳ测 得 姿 态 参 数 ，这 样 就 可 以计 算 出旋 转 矩 阵 通 过对 中误差 的分 析可知 ，不 同点 的定位 精度 是不 同的 ，定位 精度 随 角 的增 加 而减 少 ，且 ｓ增 大时 ，精度 降低 ．实际 过程 中 ，通 常可设 定一些 参数 为定 值 ，这样 可 以减 少测量 和 简化计算 过 程．
经得到 了广泛 的应用 ． ３．１ 激 光 雷 达 在 军 事 方 面 的 应 用
主动式激 光雷达用 于军事成 像侦 察 有 显著 的 优越 性 ，它 不仅 可 以 获取 目标 及 周 围地 区清 晰 的图 像 ， 而 且 还 可 以 获 得 运 动 物 体 的 速 度 和 方 向 ， 某 些 波 段 的 激 光 雷 达 还 能 够 侦 察 隐 蔽 目标 ．在 军 事 应 用 方 面 ，激 光 雷 达 主 要 有 以 下 应 用 ：
（３）气象 要素 的观测．在 大气环 境 污染 观测 中有关 风速 、气 温 、湿度 等 气象 要 素是 不 可 缺少 的 重要 参数． 近年来利 用拉曼散 射与温 度关系研 制 出的 拉曼散 射 激光 雷达 ，已得 到广 泛 的应用 ．此外 ， 利 用 多 普 勒 激 光 雷 达 也 可 以测 量 风 速 ． ３．３ 激 光 雷 达 在 测 绘 中 的 应 用
（２） 大气成分 观测．差分 吸收激 光 雷达 的 主要 作用 是 大气 成分 的测 定 ．其 测量 原 理是 使 激光 雷 达 发射 出两 种不等波 长 的光 ，其 中一 个波长 调制 到与待测 物质 的吸收波段 内，另一波长 调制到 吸收系 数 小 的边翼 ，然后 以高重复 频率将这 两种波 长交替 发射到 大气 中 ，通过分 析两者 波长 的回波信号便 可 得 到 待 测 对 象 的浓 度 分 布 ，从 而 达 到 测 量 目的 ” ．
１ 激光雷达的发展过程
第 １代 激 光 雷 达 于 １９６７年 由 美 国 国 际 电话 和 电 报 公 司 研 制 ，用 于 开 发 航 天 飞 行 器 交 会 对 接 用 的
收稿 日期 ：２００９—０８一ｌ２ 作 者 简介 ：陈 利 ， （１９６７一）， 男 ，陕 西西 安 人 ，高 级 工程 师 ，长 期从 事 空 间 数 据生 产 与 地 理息 系统 开 发 工 作 Ｅ—ｍａｉｌ：ｔｒｋｊ＠ ｒｉｐ．ｓｉｎａ ｃｏｎｌ
关 键 词 ：激 光 雷 达 ；共 线 方程 ；几 何 模 型 ； 应 用
中 图 分 类 号 ：Ｐ６２７ ０４
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１６７３—９７８７ （２００９）０５—０５８３—
ＬｉＤＡＲ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＣＨＥＮ Ｌｉ，ｊＩＡ Ｙｏｕ， ＺＨＡＮＧ Ｅｒ—ｙａｎ
第 ２８卷 第 ５期 ２００９ １０月 年
河 南 理 下大 学学 报 （自然科 学 版 ） ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＮＡＮ ＰＯＩ ＹＴＥＣＨＮＩＣ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ （Ｎ ＡＴＵＲＡｌ ＳＣＩＥＮＣＥ）
Ｖｏｌ・２８ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ－２００９
激光雷达技术及其应用
陈 利 ，贾 友 ，张 尔严
（陕 西 天润 科 技 有 限 责 任公 司 ，两 安 ７１００５４）
第 ５期
陈 利 ，等 ：激 光雷 达技 术 及 其 应 用
５８５
３ 激光雷达的主要应用
由 于激 光 雷 达 特 有 的优 势 ，在 国 民经 济 建 设 中 如 农 林 业 、军 事 侦 察 、水 利 电 力 勘 查 设 计 、道 路 设 计 、 国 土 资 源 与 气 象 环 境 调 查 、国 家 基 础 测 绘 、城 市 规 划 、煤 矿 区地 质 环 境 动 态 监 测 等 各 大 领 域 中 已
５８４
河 南 理 工 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ）
２００９年 第 ２８卷
激光 雷达 ，１９７８年 ＮＡＳＡ／ＭＦＳＣ研 制 出了用 于 同一 目的 的 Ｃ０２干涉 激 光雷 达 －７ ．１９７６年 用 于研 究地球 科学 的星载 激光 雷达一 经问 世就得 到重 视 ，ＮＡＳＡ和 ＮＯＡＡ委托 美 国无 线 电公 司 和帕新 一爱而 莫 公 司 开 发 用 于测 量 全 球 对 流 层 风 场 的 Ｃ０２相 干 激 光 雷 达 Ｉ９］． １９８８年 ＮＡＳＡ 研 制 出 激 光 大 气 风 探 测器 ，空 间分辨率 达 到 １０００ｍ左 右 ，利 用 不 同高 度 背 向散 射 测量 水 平 风 场 ¨ …．２Ｏ世 纪 ９０年 代 ， 由于全 固体激光 技术 和二极 管泵浦 全 固态技 术的 发展 ，较 好地 解 决 了制 约 星载激 光 雷 达 的寿 命 问题 ， 开辟 了高 精度绘 图 、远程测 距 、环 境监 测 、测云 、测地 被 、测 目标 和非 相干测 风等 应用邻 域 ，发展 了 基 于 ＤＰＳＳ技术 的差分 吸收 激 光 雷 达 、拉 曼 散 射 激 光 雷 达 、非 相 干 多 普 勒 激光 雷 达 和 生 物 激 光 雷达 等 ，显示 出 巨大的经 济效益 和军 事价值 ．
激光雷 达系统结 合其他定 位技术 可进行 大范 围 ＤＥＭ 的高精 度实 时获 取 ，直接 获取 真实 地 表 的高 精 度 三 维 信 息 ，用 于 城 市 道 路 、堤 坝 、隧 道 等 复 杂 目标 的实 时 监 测 与 模 型 化 ，是 建 立 三 维 城 市 ＧＩＳ的 关 键 技 术 ． 固 定 小 型 系 统 可 进 行 人 体 、各 种 模 具 的三 维 实 时 监 测 ，而 且 还 可 以 用 于 工 程 开 挖 与 堆 积 物 容 积 的 快 速 测 定 、智 能 交 通 系 统 的 管 理 、城 市 发 展 调 查 与 规 划 设 计 等 ．
（２）用 于测距．它 能提供 不 同 目标 的特 征信 息 ，从 而 区分 大 到车 辆 ，小到 人 员 的各 种 目标 、尺 寸 ；能 对 目标 成 像 ，且 分 辨 率 很 高 ；能 给 机 载 武 器 发 射 系统 提 供 目标 距 离 ，并 选 择 目标 的 瞄 准 点 ．
（３） 用 于 低 飞 目标 的 跟 踪 测 量 ． 美 国夕 尔 凡 尼 亚 公 司 研 制 的 车 载 “精 密 跟 踪 系 统 ” 其 测 距 精 度 可达 ０．１ ｍ．对提高 导弹超低 空飞行 能力 和命 中精度 、飞机 着陆 系统 校准 、导航 卫 星定位 校 准等都 发 挥特 殊的作 用… ．
（Ｓｈａｎｘｉ Ｔｉａｎ—ｒⅡｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｌｎｃ， Ｘｉａｎ ７ １００５４，Ｃｈｉｎ ａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｒｓｔｌｙ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ｔｈｅ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｌｌｉｎｅａｒ ｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｄａｒ ｉｎ ｍ ｉｌｉｔａｒｙ，ｗｅａｔｈｅｒ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｓｐｅ— ｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｍｅａｓｕｒｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｌｅｄ． Ｌａｓｔｌｙ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｄａｒ ｉｓ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ．
目前 国 际 上 许 多 公 司 、研 究 机 构 已 投 入 大 量 的 人 力 和 财 力 进 行 激 光 雷 达 相 关 技 术 与 系 统 的 研 究 ． 加拿 大卡尔 加里大学 １９９８年进行 了机载激 光 扫描 系统 的集 成 与 实验 ，通过 对 激光 扫描 仪 与 ＧＰＳ、数 据通讯 设备 的集成 ，组 成 了一 个机载激 光扫描 三维数 据实时 获取 系统 Leabharlann Baidu并进 行 了一定 规模 的实验 ，取 得 了 良好的效果 ．荷兰测 量部 门 自 １９８８年就 开 始从 事使 用 激 光 扫描 技 术 获取 地 形信 息方 面 的研 究 ，美 国 、法 国 和 中 国 的 一 些 大 学 机 构 正 在 积 极 进 行 这 方 面 的 研 究 工 作 ．
在军事 上 ，激光 雷达还 可用于 目标飞行 器 的测 量 ，为舰 艇提供 海 面信 息 、跟 踪和监 测化学 武器污 染 及 云 团情 况 ，保 卫 有 生 力 量 ． ３．２ 激 光 雷 达 在 大 气 环 境 监 测 方 面 的 应 用
（１）大气 污染物分 布监测 ．低空 中存 在 的大 量气 溶 胶是 造 成大 气 污染 的 主要 因 素 ，激 光 雷达 发 ｌＪ的 激 光 与 这 些 粒 子 作 用 时 会 发 生 米 氏 散 射 ，米 氏散 射 激 光 雷 达 根 据 这 一 性 质 完 成 气 溶 胶 浓 度 、空 间 分 布及能见 度的测定 ．
（１）用于巡航 导弹 的研制 和导航 ．美 国休 斯 公 司 、通 用 动力公 司和 麦． 道公 司联合 为 巡航 导 弹 生 产 激 光 雷 达 、制 导 系 统 、地 形 匹 配 系 统 ． 他 们 宣 称 ： “激 光 雷 达 能 改 善 现 有 和 未 来 的 巡 航 导 弹 的 目 标 瞄 准 功 能 ”，从 而 大 大 提 高 巡 航 导 弹 的 生 存 能 力 ．
摘 要 ：根 据 激 光 雷 达 （ＬｉＤＡＲ） 的 测 距 原 理 及 中心 投 影 共 线 条 件 方程 式 ，建 立 了激 光 雷 达 测 量 系统 的几何模 型及其精度 评价模 型 ，对激光 雷达在 军事 、气象 、地质 、环境 与测绘等 领域 的 应 用 以及 激 光 雷 达 未 来 的 发 展 趋 势 作 了 详 细 介 绍 ．