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光学雷达

光学雷达，或称光达或激光雷达（英语：lidar, LIDAR, LiDAR，是英文“Light Detection And Ranging”的缩写）[1]，是一种光学遥感技术，它通过向目标照射一束光，通常是一束脉冲激光来测量目标的距离等参数。激光雷达在测绘学、考古学、地理学、地貌、地震、林业、遥感以及大气物理等领域都有应用[2] 此外，这项技术还用于机载激光地图测绘、激光测高、激光雷达等高线绘制等等具体应用中。

光学雷达在雕像古冢国家保护区截取影像
利用光学雷达在恒河和布拉马普特拉河流域收集数字高程地图数据的卫星动画
星火光学测距中使用的频率叠加光辐射源，这个光源用于激光雷达和激光引导星实验，它使用钠黄光D2谱线，用来激发大气层高空钠层钠原子。
这个光学雷达可能用于扫描建筑物、岩层等来构造3D立体模型。这个光学雷达可以将它的光束瞄准在很宽的范围内，头部可以水平转动，而一个镜子负责垂直转动。激光束用来测量光路上第一个物体的距离。
一架飞机收集巴西热带雨林的树梢数据。
在这个影片中，可以模拟飞过雨林和树叶的场景。
该影片显示了一架飞机在巴西的热带雨林上采集了长50公里的激光雷达数据。 对于地面特征，颜色是从深褐色到棕褐色。 植被高度用绿色阴影来表示，深绿色最接近地面，浅绿色最高。
一个基本的激光雷达系统包括旋转镜子和激光测距仪。

光学雷达对物体距离的测量与通常所说的雷达类似，都是通过测量发送和接受到的脉冲信号时间间隔来计算物体的距离。因此，由于原理上的相似性，尽管雷达的准确定义是使用微波或无线电波等波长较长的电磁波进行检测测距的装置，光学雷达这一术语仍然被广泛使用。

依据搭载平台不同, 激光雷达可以分为星载激光雷达(spaceborne lidar)、机载激光雷达(airbornelaser scanner, ALS)、无人机激光雷达(drone laser scanner, DLS)、车载激光雷达(vehicle-mounted laser scanner, VLS)和地基激光雷达 (terrestrial laser scanner, TLS)[3]。

历史和词源

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光学雷达起源于1960年代初，在激光发明后不久，透过激光对焦成像与透过使用传感器和数码搜集装置测量信号回传时间，及计算距离的能力结合而产生。 它的第一个应用来自气象学，美国国家大气研究中心用它来测量云。[4] 1971年阿波罗15号任务期间，当太空人使用激光高度计绘制月球表面时，让人们意识到光学雷达的准确性和实用性。

尽管现在大多数人会把“LIDAR”这个词当作缩写，其实该术语起源于“light”与“radar”的混成词。 1963年首次发表的关于激光雷达的文章清楚地表明：“最终，激光可以提供远距离物体的特定波长的探测运用。”同时，它被用于研究月球。牛津英语词典应证了这个词源。[5]

光学雷达作为首字母缩写（“LIDAR”或“LiDAR”）的解释后的1970年，[6] 有人基于以下假设：由于基本术语“雷达”最初是作为“无线电检测和测距”的缩写开始的，所以“光学雷达”必须代表“光检测和测距”[7] 或“激光光成像，检测和测距”。[8]尽管英语不再把“radar”当作缩写，而且印刷的文字普遍以“lidar”这个词为主，但在1980年代开始的一些出版物中，“lidar”一词变成了大写字母“LIDAR”或“LiDAR”。 目前还没有关于大写字母的共识，反映了光学雷达是否是缩写词的不确定性，以及它是否是缩写，是否应该以小写形式出现，如“lidar”。 各种出版物将光学雷达称为“LIDAR”，“LiDAR”，“LIDaR”或“Lidar”。 美国地质调查局有时在同一文件中同时使用“LIDAR”和“lidar”；[9] 而纽约时报主要使用“lidar”，[10] 路透社等新闻公司可能会使用“Lidar”。[11]

传感器

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与检测物体自然发射的能量的无源传感器相反，光学雷达使用有源传感器，它们发射自己的能量源进行照明。 能量源撞击物体，物体反射的能量被传感器检测和测量。 激光光雷达是有源传感器的一个例子，它使用激光器（通过受激发射辐射的光放大）雷达传输光脉冲和带有灵敏探测器的接收器来测量背散射或反射光。 通过记录发射和背散射脉冲之间的时间并使用光速计算行进距离来确定与物体的距离。[12]

 
这辆TomTom公司的测绘面包车的车顶行李架装有五个激光雷达。

参考文献

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  1. ^ LIDAR—Light Detection and Ranging—is a remote sensing method used to examine the surface of the Earth. NOAA. [June 4, 2013]. （原始内容存档于2013-06-04）. 
  2. ^ Cracknell, Arthur P.; Hayes, Ladson. Introduction to Remote Sensing 2. London: Taylor and Francis. 2007 [1991]. ISBN 0849392551. OCLC 70765252. 
  3. ^ 郭庆华; 苏艳军; 胡天宇; 刘瑾. 激光雷达森林生态应用——理论、方法及实例. 高等教育出版社. 2018 [2020-11-24]. ISBN 978-7-04-049301-6. （原始内容存档于2021-03-15）. 
  4. ^ Goyer, G. G.; R. Watson. The Laser and its Application to Meteorology. Bulletin of the American Meteorological Society. September 1963, 44 (9): 564–575 [568]. 
  5. ^ Oxford English Dictionary. 2013: Entry for "lidar" [2018-04-02]. （原始内容存档于2008-01-11）. 
  6. ^ "New Artillery Against Smog: TV and Lidar" Popular Mechanics, April 1970, p. 104.
  7. ^ Light Detection and Ranging. Ngs.noaa.gov. 2011-04-15 [2016-02-22]. （原始内容存档于2016-03-04）. 
  8. ^ US 20090273770  patent
  9. ^ CLICK. Lidar.cr.usgs.gov. 2015-09-16 [2016-02-22]. （原始内容存档于2016-02-19）. 
  10. ^ NYTimes.com search. nytimes.com. [2017-04-07]. （原始内容存档于2017-04-08）. 
  11. ^ Waymo Self-Driving Unit Sought Arbitration Over Engineer Now at Uber. nytimes.com. 2017-03-29 [2017-04-07]. 
  12. ^ Remote Sensors | Earthdata. earthdata.nasa.gov. [2017-03-18]. （原始内容存档于2017-03-19）.    本文含有此来源中属于公有领域的内容。

外部链接

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