激光雷達是集激光、全球定位系統（GPS）、和IMU（慣性測量裝置）三種技術(shù)于一身的系統，相比普通雷達，激光雷達具有分辨率高，隱蔽性好、抗干擾能力更強等優(yōu)勢。隨著(zhù)科技的不斷發(fā)展，激光雷達的應用越來(lái)越廣泛，在機器人、無(wú)人駕駛、無(wú)人車(chē)等領(lǐng)域都能看到它的身影，有需求必然會(huì )有市場(chǎng)，隨著(zhù)激光雷達需求的不斷增大，激光雷達的種類(lèi)也變得琳瑯滿(mǎn)目，按照使用功能、探測方式、載荷平臺等激光雷達可分為不同的類(lèi)型

激光雷達按功能分類(lèi)：

1.激光測距雷達

激光測距雷達是通過(guò)對被測物體發(fā)射激光光束，并接收該激光光束的反射波，記錄該時(shí)間差，來(lái)確定被測物體與測試點(diǎn)的距離。傳統上，激光雷達可用于工業(yè)的安 全檢測領(lǐng)域，如科幻片中看到的激光墻，當有人闖入時(shí)，系統會(huì )立馬做出反應，發(fā)出預警。另外，激光測距雷達在空間測繪領(lǐng)域也有廣泛應用。但隨著(zhù)人工智能行業(yè)的興起，激光測距雷達已成為機器人體內不可或缺的核心部件，配合SLAM技術(shù)使用，可幫助機器人進(jìn)行實(shí)時(shí)定位導航，，實(shí)現自主行走。思嵐科技研制的rplidar系列配合slamware模塊使用是目前服務(wù)機器人自主定位導航的典型代表，其在25米測距半徑內，可完成每秒上萬(wàn)次的激光測距，并實(shí)現毫米級別的解析度。

2.激光測速雷達

激光測速雷達是對物體移動(dòng)速度的測量，通過(guò)對被測物體進(jìn)行兩次有特定時(shí)間間隔的激光測距，從而得到該被測物體的移動(dòng)速度。

激光雷達測速的方法主要有兩大類(lèi)，一類(lèi)是基于激光雷達測距原理實(shí)現，即以一定時(shí)間間隔連續測量目標距離，用兩次目標距離的差值除以時(shí)間間隔就可得知目標的速度值，速度的方向根據距離差值的正負就可以確定。這種方法系統結構簡(jiǎn)單，測量精度有限，只能用于反射激光較強的硬目標。

另一類(lèi)測速方法是利用多普勒頻移。多普勒頻移是指目標與激光雷達之間存在相對速度時(shí)，接收回波信號的頻率與發(fā)射信號的頻率之間會(huì )產(chǎn)生一個(gè)頻率差，這個(gè)頻率差就是多普勒頻移。

(激光雷達BP1550紅外濾光片)

3.激光成像雷達

激光成像雷達可用于探測和跟蹤目標、獲得目標方位及速度信息等。它能夠完成普通雷達所不能完成的任務(wù)，如探測潛艇、水雷、隱藏的軍事目標等等。在軍事、航空航天、工業(yè)和醫學(xué)領(lǐng)域被廣泛應用。

4.大氣探測激光雷達

大氣探測激光雷達主要是用來(lái)探測大氣中的分子、煙霧的密度、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向及大氣中水蒸氣的濃度的，以達到對大氣環(huán)境進(jìn)行監測及對暴風(fēng)雨、沙塵暴等災害性天氣進(jìn)行預報的目的。

5.跟蹤雷達

跟蹤雷達可以連續的去跟蹤一個(gè)目標，并測量該目標的坐標，提供目標的運動(dòng)軌跡。不僅用于火炮控制、導彈制導、外彈道測量、衛星跟蹤、突防技術(shù)研究等，而且在氣象、交通、科學(xué)研究等領(lǐng)域也在日益擴大。

按工作介質(zhì)分類(lèi)：

1.固體激光雷達

固體激光雷達峰值功率高，輸出波長(cháng)范圍與現有的光學(xué)元件與器件，輸出長(cháng)范圍與現有的光學(xué)元件與器件(如調制器、隔離器和探測器）以及大氣傳輸特性相匹配等，而且很容易實(shí)現主振蕩器-功率放大器（MOPA）結構，再加上效率高、體積小、重量輕、可靠性高和穩定性好等導體，固體激光雷達優(yōu)先在機載和天基系統中應用。近年來(lái)，激光雷達發(fā)展的重點(diǎn)是二極管泵浦固體激光雷達。

2.氣體激光雷達

氣體激光雷達以CO2激光雷達為代表，它工作在紅外波段 ，大氣傳輸衰減小，探測距離遠，已經(jīng)在大氣風(fēng)場(chǎng)和環(huán)境監測方面發(fā)揮了很大作用，但體積大，使用的中紅外 HgCdTe探測器必須在77K溫度下工作,限制了氣體激光雷達的發(fā)展。

3.半導體激光雷達

半導體激光雷達能以高重復頻率方式連續工作，具有長(cháng)壽命，小體積，低成本和對人眼傷害小的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于后向散射信號比較強的Mie散射測量，如探測云底高度。半導體激光雷達的潛在應用是測量能見(jiàn)度，獲得大氣邊界層中的氣溶膠消光廓線(xiàn)和識別雨雪等，易于制成機載設備。目前芬蘭Vaisala公司研制的CT25K激光測云儀是半導體測云激光雷達的典型代表，其云底高度的測量范圍可達7500m。

按線(xiàn)數分類(lèi)：

1.單線(xiàn)激光雷達

單線(xiàn)激光雷達主要用于規避障礙物，其掃描速度快、分辨率強、可靠性高。由于單線(xiàn)激光雷達比多線(xiàn)和3D激光雷達在角頻率和靈敏度反映更加快捷，所以，在測試周?chē)系K物的距離和精度上都更加精 確。但是，單線(xiàn)雷達只能平面式掃描，不能測量物體高度，有一定局限性。當前主要應用于服務(wù)機器人身上，如我們常見(jiàn)的掃地機器人。

2.多線(xiàn)激光雷達

多線(xiàn)激光雷達主要應用于汽車(chē)的雷達成像，相比單線(xiàn)激光雷達在維度提升和場(chǎng)景還原上有了質(zhì)的改變，可以識別物體的高度信息。多線(xiàn)激光雷達常規是2.5D，而且可以做到3D。目前在國際市場(chǎng)上推出的主要有 4線(xiàn)、8線(xiàn)、16 線(xiàn)、32 線(xiàn)和 64 線(xiàn)。但價(jià)格高昂，大多車(chē)企不會(huì )選用。

按掃描方式分類(lèi)：

1.MEMS型激光雷達

MEMS 型激光雷達可以動(dòng)態(tài)調整自己的掃描模式，以此來(lái)聚焦特殊物體，采集更遠更小物體的細節信息并對其進(jìn)行識別，這是傳統機械激光雷達無(wú)法實(shí)現的。MEMS整套系統只需一個(gè)很小的反射鏡就能引導固定的激光束射向不同方向。由于反射鏡很小，因此其慣性力矩并不大，可以快速移動(dòng)，速度快到可以在不到一秒時(shí)間里跟蹤到 2D 掃描模式。

2.Flash型激光雷達

Flash型激光雷達能快速記錄整個(gè)場(chǎng)景，避免了掃描過(guò)程中目標或激光雷達移動(dòng)帶來(lái)的各種麻煩，它運行起來(lái)比較像攝像頭。激光束會(huì )直接向各個(gè)方向漫射，因此只要一次快閃就能照亮整個(gè)場(chǎng)景。隨后，系統會(huì )利用微型傳感器陣列采集不同方向反射回來(lái)的激光束。Flash LiDAR有它的優(yōu)勢，當然也存在一定的缺陷。當像素越大，需要處理的信號就會(huì )越多，如果將海量像素塞進(jìn)光電探測器，必然會(huì )帶來(lái)各種干擾，其結果就是精度的下降。

3.相控陣激光雷達

相控陣激光雷達搭載的一排發(fā)射器可以通過(guò)調整信號的相對相位來(lái)改變激光束的發(fā)射方向。目前大多數相控陣激光雷達還在實(shí)驗室里呆著(zhù)，而現在仍停留在旋轉式或 MEMS 激光雷達的時(shí)代，

4.機械旋轉式激光雷達

機械旋轉式激光雷達是發(fā)展比較早的激光雷達，目前技術(shù)比較成熟，但機械旋轉式激光雷達系統結構十分復雜，且各核心組件價(jià)格也都頗為昂貴，其中主要包括激光器、掃描器、光學(xué)組件、光電探測器、接收IC以及位置和導航器件等。由于硬件成本高，導致量產(chǎn)困難，且穩定性也有待提升，目前固態(tài)激光雷達成為很多公司的發(fā)展方向。

按探測方式分類(lèi)：

1.直接探測激光雷達

直接探測型激光雷達的基本結構與激光測距機頗為相近。工作時(shí)，由發(fā)射系統發(fā)送一個(gè)信號，經(jīng)目標反射后被接收系統收集，通過(guò)測量激光信號往返傳播的時(shí)間而確定目標的距離。至于目標的徑向速度，則可以由反射光的多普勒頻移來(lái)確定，也可以測量?jì)蓚€(gè)或多個(gè)距離，并計算其變化率而求得速度。

2.相干探測激光雷達

相干探測型激光雷達有單穩與雙穩之分，在所謂單穩系統中，發(fā)送與接收信號共用一個(gè)光學(xué)孔徑，并由發(fā)送-接收開(kāi)關(guān)隔離。而雙穩系統則包括兩個(gè)光學(xué)孔徑，分別供發(fā)送與接收信號使用，發(fā)送-接收開(kāi)關(guān)自然不再需要，其余部分與單穩系統相同。

按激光發(fā)射波形分類(lèi)：

1.連續型激光雷達

從激光的原理來(lái)看，連續激光就是一直有光出來(lái)，就像打開(kāi)手電筒的開(kāi)關(guān)，它的光會(huì )一直亮著(zhù)（特殊情況除外）。連續激光是依靠持續亮光到待測高度，進(jìn)行某個(gè)高度下數據采集。由于連續激光的工作特點(diǎn)，某時(shí)某刻只能采集到一個(gè)點(diǎn)的數據。因為風(fēng)數據的不確定特性，用一點(diǎn)代表某個(gè)高度的風(fēng)況，顯然有些片面。因此有些廠(chǎng)家折中的辦法是采取旋轉360度，在這個(gè)圓邊上面采集多點(diǎn)進(jìn)行平均評估，顯然這是一個(gè)虛擬平面中的多點(diǎn)統計數據的概念。

2.脈沖型激光雷達

脈沖激光輸出的激光是不連續的，而是一閃一閃的。脈沖激光的原理是發(fā)射幾萬(wàn)個(gè)的激光粒子，根據國際通用的多普勒原理，從這幾萬(wàn)個(gè)激光粒子的反射情況來(lái)綜合評價(jià)某個(gè)高度的風(fēng)況，這個(gè)是一個(gè)立體的概念，因此才有探測長(cháng)度的理論。從激光的特性來(lái)看，脈沖激光要比連續激光測量的點(diǎn)位多幾十倍，更能夠精 確的反應出某個(gè)高度風(fēng)況。

按載荷平臺分類(lèi)：

1.機載激光雷達

機載激光雷達是將激光測距設備、GNSS設備和INS等設備緊密集成，以飛行平臺為載體，通過(guò)對地面進(jìn)行掃描，記錄目標的姿態(tài)、位置和反射強度等信息，獲取地表的三維信息，并深入加工得到所需空間信息的技術(shù)。在軍民用領(lǐng)域都有廣泛的潛力和前景。機載激光雷達探測距離近，激光在大氣中傳輸時(shí)，能量受大氣影響而衰減，激光雷達的作用距離在20千米以?xún)?，尤其在惡劣氣候條件下，比如濃霧、大雨和煙、塵，作用距離會(huì )大大縮短，難以有效工作。大氣湍流也會(huì )不同程度上降低激光雷達的測量精度。

2.車(chē)載激光雷達

車(chē)載激光雷達又稱(chēng)車(chē)載三維激光掃描儀，是一種移動(dòng)型三維激光掃描系統，可以通過(guò)發(fā)射和接受激光束，分析激光遇到目標對象后的折返時(shí)間，計算出目標對象與車(chē)的相對距離，并利用收集的目標對象表面大量的密集點(diǎn)的三維坐標、反射率等信息，快速復建出目標的三維模型及各種圖件數據，建立三維點(diǎn)云圖，繪制出環(huán)境地圖，以達到環(huán)境感知的目的。車(chē)載激光雷達在自動(dòng)駕駛“造車(chē)”大潮中扮演的角色正越來(lái)越重要，諸如谷歌、百度、寶馬、博世、德?tīng)柛５绕髽I(yè)，都在其自動(dòng)駕駛系統中使用了激光雷達，帶動(dòng)車(chē)載激光雷達產(chǎn)業(yè)迅速擴大。

3.地基激光雷達

地基激光雷達可以獲取林區的3D點(diǎn)云信息，利用點(diǎn)云信息提取單木位置和樹(shù)高，它不僅節省了人力和物力，還提高了提取的精度，具有其它遙感方式所無(wú)法比擬的優(yōu)勢。通過(guò)對國內外該技術(shù)林業(yè)應用的分析和對該發(fā)明研究后期的結果驗證，未來(lái)將會(huì )在更大的研究區域利用該技術(shù)提取各種森林參數。

4.星載激光雷達

星載雷達采用衛星平臺，運行軌道高、觀(guān)測視野廣，可以觸及世界的每一個(gè)角落。為境外地區三維控制點(diǎn)和數字地面模型的獲取提供了新的途徑，無(wú)論對于國防或是科學(xué)研究都具有十分重大意義。星載激光雷達還具有觀(guān)察整個(gè)天體的能力，美國進(jìn)行的月球和火星等探測計劃中都包含了星載激光雷達，其所提供的數據資料可用于制作天體的綜合三維地形圖。此外，星載激光雷達載植被垂直分布測量、海面高度測量、云層和氣溶膠垂直分布測量以及特殊氣候現象監測等方面也可以發(fā)揮重要作用。

通過(guò)以上對激光雷達特點(diǎn)、原理、應用領(lǐng)域等介紹，相信大家也能大致了解各類(lèi)激光雷達的不同屬性了，眼下，在激光雷達這個(gè)競爭越來(lái)越激烈的賽道上，打造低成本、可量產(chǎn)、的激光雷達是很多新創(chuàng )公司想要實(shí)現的夢(mèng)想。但開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)激光雷達并不容易。豐富的行業(yè)經(jīng)驗和可靠的技術(shù)才能保障其在這一波大潮中占據主導地位。