2.1 激光雷达的工作机理

激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。属于是一种雷达系统，也是一种主动传感器，其工作的光谱段在红外到紫外之间，所形成的数据是点云形式。激光雷达系统一般由发射系统、接收系统、信息处理等关键部分组成。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[5]。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：激光器首先向被测目标发射一束激光脉冲，打在目标物体上并反射回来，最终被接收器所接收。然后测量目标反射或散射信号到达接收机的时间、信号强弱程度和频率变化等参数，从而可以确定被测目标的距离、运动速度以及方位等等[14]。激光雷达作为一种主动遥感探测技术和工具已有将近50年的历史，目前广泛用于地球科学和气象学、物理学和天文学、生物学与生态保持、军事等领域。其中，传统意义上的激光雷达主要用于陆地植被监测、激光大气传输、精细气象探测、全球气候预测、海洋环境监测等。随着激光器技术、精细分光技术、光电检测技术和计算机控制技术的飞速发展，激光雷达在遥感探测的高度、空间分辨率、时间上的连续监测和测量精度等方面具有独到的优势[7]。

2.2 激光雷达的测距原理

利用激光脉冲的飞行时间测距是目前激光雷达普遍采用的一种测距方法。它利用激光脉冲在目标和光源来回传输时间乘以光速的一半得到目标的距离。激光雷达具有结构简单易实现，测距精度高等突出优点而得到广泛应用。特别是近年来，随着半导体制造工艺技术的突飞猛进，激光二极管的输出功率越来越高，激光脉冲宽度也越来越窄，目前市场上已有成熟的工业化产品销售，例如SARAM公司的SPLLL90-3型激光二极管，可实现峰值功率70W，脉冲宽度几十纳秒，调制频率几十K的调制输出。这些都为激光雷达实现高精度成像提供了更大更多的可能性[2]。因此，激光脉冲传输时间测距原理是激光雷达最常用的测距方法之一。来.自/751·论|文-网·www.751com.cn/

激光脉冲测距仪的基本测距原理见图2.2。由激光发射器对准目标发射一个高峰值功率激光脉冲,然后由接收系统接收从目标反射回来的回波脉冲,通过测定脉冲在待测距离上往返时间t ,已知光速为c ,则可用(1) 式求得待测目标的距离S 为:

S = ct/ 2                                    （1）

由于时间t十分短, 所以必须用能产生标准固定频率的时标振荡器和电子计数器来记录。如果时标振荡器振荡频率为f ,在测距机和目标之间往返的时间t 内（即取样信号和回波信号之间的时间间隔） 包含时标脉冲个数为n