激光雷达数据通讯与处理的程序设计综述
1 引言
激光雷达( Lidar) 是传统雷达与激光技术相结合的产物。以微波雷达原理为基础，将激光束作 为新的探测信号，充分发挥了激光亮度高，具有良好的方向性、单色性和相干性的特点，使激光雷达具备了频率快、峰值功率高、波长范围广、体积小等技术优势。激光雷达系统结合全球定位系统(GPS)和惯性导航系(INS)，可以快速、准确地 获取测量点的高精度三维坐标数据，建立数字线划地图、数字正射影像图、数字高程模型等，在各个领域得到广泛应用，已成为当今科学研究、理论创新的热点，倍受关注。
当前，激光三维成像系统按搭载平台分类主要有：地面激光三维成像系统、机载激光三维成像系统和星载激光三维成像系统。其中，地面固定式激光三维成像系统主要有Optech 公司的ILRIS-3D系统、RIEGL公司LMS -Z420i和LPM -2K系统以及Cyra 公司的HDS3000和HDS4500系统[1]。机载激光 扫描成像系统主要有加拿大ALTM系统、美国FLIMAP和SHOALS系统、德国TOPSYS系统、日本Nakanihon系统，国内机载激光扫描成像系统的研究在国家 863计划的支持下也取得了很大进展，由中国科学院上海技术物理研究所研制的ASLRIS圆锥扫描系统，经过一系列试验取得了一批地形、高程数据和三维影像，体现出良好的技术性能[2]。星载三维成像系统主要有 NASA对月探测器的Clementine系统、火星全球勘探者MGS的MOLA-2系统和ICEsat的地球科学激光测高仪GLAS系统[3]。
2 激光雷达工作原理及特点
2.1 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。另外，计算机控制和信息处理系统不仅可以控制激光发射机和接收机等激光雷达部件，还可通过其强大计算能力，把激光信号到达目标物时间、频率和目标物反射激光信号回到激光雷达的时间、频率相比较；再结合激光波束传播方向得出目标物距离、速度等信息，形成距离、速度等各种图像，把获得图像进行存储和显示，为下一步激光雷达探测、跟踪以及识别未知情况下目标物体作准备。
2.2 激光雷达工作特点
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。
