到了21世紀，針對激光雷達技術(shù)的研究及科研成果層出不窮，極大地推動了激光雷達技術(shù)的發(fā)展，隨著掃描，攝影、衛(wèi)星定位及慣性導航系統(tǒng)的集成，利用不同的載體及多傳感器的融合，直接獲取星球表面三維點云數(shù)據(jù)，從而獲得數(shù)字表面模型DSM，數(shù)字高程模型DEM，數(shù)字正射影像DOM及數(shù)字線畫圖DLG等，實現(xiàn)了激光雷達三維影像數(shù)據(jù)獲得技術(shù)的突破。使得雷達技術(shù)得到了空前發(fā)展。如今激光雷達技術(shù)已廣泛應用于社會發(fā)展及科學研究的各個領(lǐng)域，成為社會發(fā)展服務(wù)中不可或缺的高技術(shù)手段。

一，激光雷達的定義

激光雷達（LiDAR）是一種用于精確獲得三維位置信息的傳感器，好比人類的眼睛，可以確定物體的位置、大小、外部形貌甚至材質(zhì)。它是通過激光測距技術(shù)探測環(huán)境信息的主動傳感器的統(tǒng)稱。它利用激光束探測目標，獲得數(shù)據(jù)并生成精確的數(shù)字工程模型。激光雷達由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng) 、信息處理三部分組成。激光雷達的工作原理是利用可見和近紅外光波（多為950nm波段附近的紅外光）發(fā)射、反射和接收來探測物體。

二，激光雷達傳感技術(shù)的特點

傳統(tǒng)的雷達是以微波雷達和毫米波雷達波段的電磁波為載波的雷達。激光雷達則是以激光作為載波，可以用振幅、頻率和相位來搭載信息作為載體。因此，激光雷達有以下優(yōu)于微波及毫米波的一些特點：

1、極高的分辨率
激光雷達工作于光學波段，頻率比微波高2～3個數(shù)量級以上，因此，與微波雷達相比，激光雷達具有很高的距離分辨率、角分辨率和速度分辨率；

2、高抗干擾能力
激光波長短，可發(fā)射發(fā)散角非常小的激光束，多路徑效應小（不會像微波或者毫米波一樣產(chǎn)生多徑效應），可探測低空或超低空目標；

3、豐富的信息量
可直接獲取目標的距離、角度、反射強度、速度等信息，生成目標多維度圖像；

4、不受光線影響
不受光線影響，激光掃描儀可全天候進行偵測任務(wù)。它只需發(fā)射自己的激光束，通過探測發(fā)射激光束的回波信號來獲取目標信息。

三，激光雷達的分類

根據(jù)結(jié)構(gòu)，激光雷達分為機械式激光雷達、固態(tài)激光雷達和混合固態(tài)激光雷達。

1、機械式激光雷達

機械激光雷達，是指其發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)存在宏觀意義上的轉(zhuǎn)動，也就是通過不斷旋轉(zhuǎn)發(fā)射頭，將速度更快、發(fā)射更準的激光從“線”變成“面”，并在豎直方向上排布多束激光，形成多個面，達到動態(tài)掃描并動態(tài)接收信息的目的。因為帶有機械旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所以機械激光雷達外表上最大的特點就是自己會轉(zhuǎn)，個頭較大。如今機械激光雷達技術(shù)相對成熟，但價格昂貴，暫時給主機廠量產(chǎn)的可能性較低；同時存在光路調(diào)試、裝配復雜，生產(chǎn)周期漫長，機械旋轉(zhuǎn)部件在行車環(huán)境下的可靠性不高，難以符合車規(guī)的嚴苛要求等不足。

2、混合固態(tài)激光雷達

機械式激光雷達在工作時發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)會一直360度地旋轉(zhuǎn)，而混合固態(tài)激光雷達工作時，單從外觀上是看不到旋轉(zhuǎn)的，巧妙之處是將機械旋轉(zhuǎn)部件做得更加小巧并深深地隱藏在外殼之中。業(yè)內(nèi)普遍認為，混合固態(tài)激光雷達指用半導體“微動”器件（如MEMS掃描鏡）來代替宏觀機械式掃描器，在微觀尺度上實現(xiàn)雷達發(fā)射端的激光掃描方式。MEMS掃描鏡是一種硅基半導體元器件，屬于固態(tài)電子元件；但是MEMS掃描鏡并不“安分”，內(nèi)部集成了“可動”的微型鏡面；由此可見MEMS掃描鏡兼具“固態(tài)”和“運動”兩種屬性，故稱為“混合固態(tài)”。對于激光雷達來說，MEMS最大的價值在于：原本為了機械式激光雷達實現(xiàn)掃描，必須使激光發(fā)射器轉(zhuǎn)動。而MEMS微機電系統(tǒng)可以直接在硅基芯片上集成體積十分精巧的微振鏡，由可以旋轉(zhuǎn)的微振鏡來反射激光器的光線，從而實現(xiàn)掃描。這樣一來，激光雷達本身不用再大幅度地進行旋轉(zhuǎn)，可以有效降低整個系統(tǒng)在行車環(huán)境出現(xiàn)問題的幾率。另外，主要部件運用芯片工藝生產(chǎn)之后，量產(chǎn)能力也得以大幅度提高，有利于降低激光雷達的成本，可以從上千乃至上萬美元降低到數(shù)百美元。

3、固態(tài)激光雷達

相比于機械式激光雷達，固態(tài)激光雷達結(jié)構(gòu)上最大的特點就是沒有了旋轉(zhuǎn)部件，個頭相對較小。固態(tài)激光雷達的優(yōu)點包括了：數(shù)據(jù)采集速度快，分辨率高，對于溫度和振動的適應性強；通過波束控制，探測點（點云）可以任意分布，例如在高速公路主要掃描前方遠處，對于側(cè)面稀疏掃描但并不完全忽略，在十字路口加強側(cè)面掃描。而只能勻速旋轉(zhuǎn)的機械式激光雷達是無法執(zhí)行這種精細操作的。從使用的技術(shù)上，固態(tài)激光雷達分為OPA固態(tài)激光雷達和Flash固態(tài)激光雷達。

（1）OPA固態(tài)激光雷達

OPA（optical phased array）光學相控陣技術(shù)。對軍事有所了解的讀者，應該會知道相控陣雷達，美海軍宙斯盾艦上那一塊蜂窩狀的“板子”就是它。而光學相控陣使用的即是原理相同的技術(shù)。OPA運用相干原理（類似的是兩圈水波相互疊加后，有的方向會相互抵消，有的會相互增強），采用多個光源組成陣列，通過控制各光源發(fā)光時間差，合成具有特定方向的主光束。然后再加以控制，主光束便可以實現(xiàn)對不同方向的掃描。相對于MEMS，這一技術(shù)的電子化更加徹底，它完全取消了機械結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)發(fā)射陣列中每個發(fā)射單元的相位差來改變激光的出射角度。因為沒有任何機械結(jié)構(gòu)，自然也沒有旋轉(zhuǎn)。所以相比傳統(tǒng)機械式雷達，OPA固態(tài)激光雷達有掃描速度快、精度高、可控性好、體積小等優(yōu)點。但也易形成旁瓣，影響光束作用距離和角分辨率，同時生產(chǎn)難度高。

（2）Flash固態(tài)激光雷達

Flash原本的意思為快閃。而Flash激光雷達的原理也是快閃，不像MEMS或OPA的方案會去進行掃描，而是短時間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測區(qū)域的激光，再以高度靈敏的接收器，來完成對環(huán)境周圍圖像的繪制。因此，F(xiàn)lash固態(tài)激光雷達屬于非掃描式雷達，發(fā)射面陣光，是以2維或3維圖像為重點輸出內(nèi)容的激光雷達。某種意義上，它有些類似于黑夜中的照相機，光源由自己主動發(fā)出。Flash固態(tài)雷達的一大優(yōu)勢是它能快速記錄整個場景，避免了掃描過程中目標或激光雷達移動帶來的各種麻煩。不過，這種方式也有自己的缺陷，比如探測距離較近。這意味著Flash固態(tài)激光雷達沒有“遠視眼”，在實際使用中不適合遠程探測，而業(yè)內(nèi)專家堅信，全自動駕駛汽車上搭載的激光雷達至少一眼就得看到200到300米外的物體。其實Flash固態(tài)激光雷達的成本還是相對低，但基于3D Flash技術(shù)的固態(tài)激光雷達，在技術(shù)的可靠性方面還存在問題。

四，激光雷達傳感技術(shù)的工作原理

激光雷達的工作原理與毫米波雷達非常相近，以激光作為信號源，由激光器發(fā)射出的脈沖激光，打到地面的樹木，道路，橋梁和建筑物上引起散射，一部分光波會反射到激光雷達的接收器上，根據(jù)激光測距原理計算，就得到從激光雷達到目標點的距離。脈沖激光不斷地掃描目標物，就可以得到目標物上全部目標點的數(shù)據(jù)，用此數(shù)據(jù)進行成像處理后，就可得到精確的三維立體圖像。也可以測量兩個或多個距離，并計算其變化率而求得速度，這是、也是直接探測型雷達的基本工作原理。
LiDAR系統(tǒng)一般包括；激光源或其它發(fā)射器，靈敏的光電探測器或其它接收器，同步和數(shù)據(jù)處理電子系統(tǒng)，運動控制設(shè)備或微機電系統(tǒng)（MEMS）掃描鏡（二選一）。均是基于精確的激光掃描組件并可用于創(chuàng)建3D地圖或收集近距離數(shù)據(jù)。