激光自20世纪被人类发明以来，它的优势在各方面都得到了认可，也成为了继核能、半导体和电子计算机之后，人类又一重大科技成果。

激光雷达是激光技术与传统雷达相结合的产物，它集合了激光技术与雷达技术一系列特点，将光、机、电融合一体，形成具有独特性能的崭新雷达体制，是一种将激光束作为新的探测信号主动式的现代光学遥感技术。

激光技术产生和发展，为雷达提供了一种更为理想的辐射源，使激光雷达得以迅速发展。

本文从激光雷达结构出发，介绍激光雷达工作原理与特点，然后阐述激光雷达在军事、大气水域监测、建模与测绘以及航天工程中的应用，尤其是近年来最热门的无人驾驶汽车上的应用。

1　激光雷达工作原理1.1　激光雷达概念激光雷达是传统雷达与激光技术相结合的产物，是以激光束作为信息载体，可以用相位、频率、偏振和振幅来搭载信息的主动式雷达。

激光雷达发射激光束频率较传统雷达高几个数量级，故频率量变使得激光雷达技术产生了质的变革；又由于激光具有高亮度性、高方向性、高单色性和高相干性特点，所以激光雷达能够精确测距、测速和跟踪，还具有很高角分辨率、速度分辨率和距离分辨率，对更小尺度的目标物也能产生回波信号，在探测细小颗粒有着特有优势。

1.2　激光雷达工作原理激光雷达一般由激光发射机、激光接收机、光束整形和激光扩束装置、光电探测器、回波检测处理电路、计算机控制和信息处理装置和激光器组成；激光雷达结构和工作原理如图1所示。

激光雷达是以激光器作为辐射源，通过激励源激励，发出空间呈高斯分布的激光束，为了能得到质量更好的激光束，经由光束整形和激光扩束装置，使激光束空间分布均匀，加大了激光作用距离；整形和扩束好的激光束作为激光雷达探测信号，以大气为传播媒介，辐射到目标物表面上；激光接收机接收目标物反射和散射信号，光信号经由光电探测器转变为电信号，回波检测处理电路从传来的电信号中分出回波信号和杂波干扰脉冲，并放大回波信号，将回波信号送往计算机进行数据采集与处理，提取有用信息。

（南宁师范大学 物理与电子学院，南宁 530299）摘　要：激光雷达以其特点和技术优势，在军事和民用上得到广泛应用。

基于此，主要介绍了激光雷达工作原理、特点以及激光雷达在军事、大气水域监测、建模与测绘、航天工程中的应用，阐述说明近年来最热门的无人驾驶汽车中激光雷达应用方法，并对激光雷达未来进行展望。

关键词：激光雷达 工作原理 特点应用图1　激光雷达结构及工作原理图雷达探测、跟踪以及识别未知情况下目标物体作准备。

2　激光雷达特点激光雷达的一些特点远远超过其他雷达，这些技术优势显著，如采集数据密度大、精度高、分辨率高以及探测距离远，使其在很多工作领域内得到普遍应用。

激光雷达与普通雷达各方面能力对比，如表1所示。

激光雷达的信号源发射的信号波束窄、探测数据多，与其他雷达比拟采集数据量更大，每秒可对数十万个点进行测量，有利于真实物体表面还原与建模。

根据具体工作情况与工作内容，可调节点采集间距，提高工作效率与工作适用性。

激光雷达的探测距离相比普通雷达来说要远，根据激光雷达性能，探测距离可达数千米，如美国麻省理工学院林肯实验室所研制的“火炮”激光雷达，其作用距离可达到800km。

由于激光波长短、频率高，激光雷达的测量精度得到极大提升。

在测速上，其最小测量速度可以达到0.003cm/s；在测距上，测距精度可接近米量级；在测角上，精度也很高，可接近乃至到达分的量级。

例如光束发散角10°，测角偏差不会大于1°。

激光雷达在角分辨率、速度分辨率以及距离分辨率也是其他雷达所不能比拟的。

激光雷达能同时追踪两个或两个以上目标，分辨率不会有所下降。

激光雷达能够大规模应用也是得益于激光雷达分辨率高的特点。

激光雷达体积小、质量轻，相比普通雷达以吨计质量、复杂构造、庞大体积，激光雷达有利于运输与维修，架设、拆收都很方便，在战争中不会被敌军轻易发现破坏。

质量轻的激光雷达甚至可以单人手持使用。

激光雷达质量轻、体积小特点，使其普遍安装在飞行器机体上，不占用太多有限空间，可对地面进行低空探测。

激光雷达隐蔽性好，抗干扰能力强。

激光是沿直线传播，传播路径确定，具有方向性好、光束窄特点，想要发现和截获激光信号非常困难。

激光雷达不需要普通雷达大的发射和接收口径，就能获得高精度测量数据。

由于激光雷达接收和发射部分口径小的特点，干扰信号极难进入，因此十分合适在军事上应用。

激光雷达探测方式是主动式的，相对于普通雷达被动式，不轻易受地物回波、自然光、太阳高度角限制和影响，可以24h全天候作业。

3　激光雷达应用发展现状3.1　激光雷达在军事上的应用军事上，激光雷达用于侦察成像、障碍物躲避、化学试剂探测、水雷探测和武器制导等。

在侦察成像方面，激光雷达工作波长短、多普勒频移灵敏度高，所以具备极高的角分辨率、速度分辨率和距离分辨率，获得目标图像的清晰度远非其他雷达所能相比的。

在水雷探测方面，美国的Kaman宇航公司研制了“魔灯”水雷探测激光雷达，并在海湾战争期间成功地发现水雷，让美军损失降到最低。

在武器制导方面，激光雷达分辨率高，热能辐射干扰小，命中目标概率得到极大提高。

3.2　激光雷达在大气水域监测上的应用激光雷达在大气监测应用上效果出众，对气象研究、海洋次表层温度；利用布里渊散射可测温度、海洋声速和盐度；利用荧光效应测量因各种事故造成泄露在海面上的油气。

3.3　激光雷达在建模与测绘上的应用激光雷达测绘技术能提高测绘速率和精度，使测绘成本大大降低。

激光雷达在工程测绘中的应用，要结合GPS和INS这两种技术，以达到对测绘目标形态和空间分布的展现。

在建模方面，激光雷达能将获取到的点云数据进行处理建模，从而达到实际应用需求。

在数字城市领域，将三维点云数据用于城市建筑物建模，是数据城市建设运用的一种新技术手段；文物三维模型准确地记录了文物精确几何信息，对于文物保护和修复起到了重要作用；点云数据构建的三维人体模型是人体模型建模的一种新的技术手段。

3.4　激光雷达在航天工程中的应用激光雷达在航天工程中的应用也很普遍。

因为激光在宇宙中衰减程度比在大气传播弱，有利于激光雷达获取地外星体表面特征数据，建立清晰三维地表图，有利于减少航天器在外星球登陆时事故发生率。

激光雷达也常应用在空中交会对接中，用于精确测定两大航天器间速度、距离以及视线角等参数。

我国神舟八号与天宫一号的空中交会对接，神舟八号上的激光雷达在对天宫一号搜索、捕获与测量上发挥了重要作用，使中国在航天工程领域与西方国家之间差距得以缩小。

3.5　激光雷达在无人驾驶汽车上的应用激光雷达技术是无人驾驶汽车关键技术之一。

无人驾驶汽车上的激光雷达第一个作用是定位。

百度、谷歌和通用等公司是利用激光雷达即时定位与地图构建技术；SLAM 技术与激光雷达精度高、对动静状态下的环境变化快速响应等特点相结合，在无人驾驶汽车行驶过程中，SLAM技术会对沿途环境特征提取并进行增量式地图构建，形成局部地图，并与已有全局地图环境数据信息相关联，实时更新全局地图；在全局地图上加入新的环境信息，实现精确导航与厘米级定位。

激光雷达SLAM技术的弊端是需要提早做好激光雷达地图，也就是全局地图。

激光雷达在无人驾驶汽车上第二个作用是对目标进行分类识别，如四周车辆、车道线、斑马线、路沿和红绿灯等。

波激光信号强度不同，达数据相融合。

有毫米波雷达、摄像头等传感器，它们相互协调、共同作用，获取无人驾驶汽车周围各方面数据。

通用无人车概念如图2所示，它具有5个激光雷达、21个毫米波雷达和16个摄像头。

图2　通用无人车概念图4　结语激光雷达具有采集数据密度大、精度高、分辨率高以及抗干扰能力强等特点，但是激光雷达也存在缺点，如在雨、雾何大雪等恶劣气候条件下或对激光反射强度较弱的物体，都有可能使激光雷达精度、分辨率降低，对激光雷达应用产生影响。

为了提高激光雷达性能，可以加强激光雷达空间扫描能力；或研制新型激光器，能发射高质量的激光信号；或设计出一种专门针对激光回波信号处理的新技术等。

展望未来，激光雷达都会在长时间内，对人们生产、生活产生深远影响。

精度研究[J].中国激光，2011，（5）：234-240.[3]刘斌，张军，鲁敏，等.激光雷达应用技术研究进展[J].激光与红外，2015，（2）：117-122.[4]卢乃锰，闵敏，董立新，等.星载大气探测激光雷达发展与展望[J].遥感学报，2016，（1）：1-10.[5]张海峰，程志恩，李朴，等.激光雷达合作目标设计及其在空间交会对接中的应用[J].红外与激光工程，2015，（9）：2556-2561.[6]李晨曦，张军，靳欣宇，等.激光雷达SLAM技术及其在无人车中的应用研究进展[J].北京联合大学学报，2017，（4）：61-69.Laser Radar Operating Principle and Development StatusMENG Qinghua, LIN Hui, WANG Ge, FAN Dongxin (College of Physics and Electronics, Nanning Normal University, Nanning 530299)Abstract: Lidar is widely used in military and civilian applications due to its characteristics and technical advantages. Based on this, the working principle and characteristics of laser radar and the application of laser radar in military, atmospheric water monitoring, modeling and mapping, and aerospace engineering are introduced. The application of laser radar in the most popular driverless vehicles in recent years is explained. And look forward to the future of laser radar.Key words: lidar, working principle, characteristic application（上接第154页）中易燃易爆的安全隐患，该项技术适用于精细部件清洗。

3　结语当前盾构机再制造清洁系统设计比较简单，仍然需要大量人工劳动，因此急需更加高效、无污染且人性化的方法，再制造厂家可以自主设计包含多种清洗方式的专用清洗生产线，实现流水线式清洗；同时，可以引入清洁机器人来清洗复杂结构部件。