激光雷达LMS291的原理示意图和实物如图4－22所示。

图4－22　激光雷达LMS291的原理示意图和实物图

1.工作原理

工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达。它由激光发射系统、光学接收系统、转台和信息处理系统等组成。发射系统是各种形式的激光器。接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器。激光雷达采用脉冲和连续波两种工作方式，按照探测的原理不同，探测方法可以分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等。

激光器将电脉冲变成光脉冲（激光束）作为探测信号向目标发射出去，打在物体上并反射回来，光接收机接收从目标反射回来的光脉冲信号（目标回波），与发射信号进行比较，还原成电脉冲，送到显示器。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量。然后经过适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态甚至形状等参数，从而对目标进行探测、跟踪和识别。

根据扫描机构的不同，激光测距雷达有2D和3D两种。激光测距方法主要分为两类：一类是连续波测距法；另一类是脉冲测距方法。连续波测距一般针对合作目标采用性能良好的反射器，激光器连续输出固定频率的光束，通过调频法或相位法进行测距。脉冲测距也称为飞行时间（Time of Flight，TOF）测距，应用于反射条件变化很大的非合作目标。

如图4－22所示是德国SICK公司生产的LMS291激光雷达测距仪的飞行时间法测距原理示意和实物图。激光器发射的激光脉冲经过分光器后分为两路，一路进入接收器，另一路则由反射镜面发射到被测障碍物体表面，反射光也经由反射镜返回接收器。发射光与反射光的频率完全相同，通过测量发射脉冲与反射脉冲之间的时间间隔并与光速的乘积来测定被测障碍物体的距离。LMS291的反射镜转动速度为4 500 r／min，即每秒旋转75次。由于反射镜的转动，激光雷达得以在一个角度范围内获得线扫描的测距数据。

2.主要特点

激光雷达由于使用的是激光束，工作频率高，因此具有很多特点。

（1）分辨率高。(www.daowen.com)

激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。通常角度分辨率不低于0.1 mrad，也就是说可以分辨3 km距离上相距0.3 m的两个目标，并可同时跟踪多个目标；距离分辨率可达0.1 m；速度分辨率可达10 m／s以内。

（2）隐蔽性好。

激光直线传播，方向性好，光束很窄，只有在其传播路径上才能接收到，因此很难被截获，且激光雷达的发射系统（发射望远镜）口径很小，可接收区域窄，有意发射的激光干扰信号进入接收机的概率极低。

（3）低空探测性能好。

激光雷达只有被照射到目标才会产生反射，完全不存在地物回波的影响，因此可以“零高度”工作，低空探测性能很强。

（4）体积小、质量轻。

与普通微波雷达相比，激光雷达轻便、灵巧，架设、拆收简便，结构相对简单，维修方便，操纵容易，价格也较低。

当然，激光雷达工作时受天气和大气影响较大。在大雨、浓烟、浓雾等坏天气里，衰减急剧加大，传播距离大受影响。大气环流还会使激光光束发生畸变、抖动，直接影响激光雷达的测量精度。此外，由于激光雷达的波束极窄，在空间搜索目标非常困难，只能在较小的范围内搜索、捕获目标。

3.应用领域

激光雷达的作用是能精确测量目标位置、运动状态和形状，以及准确探测、识别、分辨和跟踪目标，具有探测距离远和测量精度高等优点，已被普遍应用于移动机器人定位导航，还被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通监控、防震减灾等方面，在军事上也已开发出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等精确获取三维地理信息的途径，为国民经济、国防建设、社会发展和科学研究提供了极为重要的数据信息资源，取得了显著的经济效益，显示出优良的应用前景。