激光雷达具备独特的优点，如极高的距离分辨率和角分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强、比微波雷达的体积和重量小等。这使得激光雷达能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。 自1961年科学家提出激光雷达的设想，历经 40余年，激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，进而研发出不同用途的激光雷达，如精密跟踪激光雷达、侦测激光雷达、侦毒激光雷达、靶场测量激光雷达、火控激光雷达、导弹制导激光雷达、气象激光雷达、水下激光雷达、导航激光雷达等。激光雷达已成为一类具有多种功能的系统。目前，激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学和生物战剂探测和水下目标探测等军事领域方面已进入实用阶段，其它军事应用研究亦日趋成熟。它在工业和自然科学领域的作用也日益显现出来。 一、 军事领域应用
侦察用成像激光雷达
激光雷达分辨率高，可以采集三维数据，如方位角-俯仰角-距离、距离-速度-强度，并将数据以图像的形式显示，获得辐射几何分布图像、距离选通图像、速度图像等，有潜力成为重要的侦察手段。
美国雷锡昂公司研制的ILR100激光雷达，安装在高性能飞机和无人机上，在待侦察地区的上空以120～460m的高度飞行，用GaAs激光进行行扫描。获得的影像可实时显示在飞机上的阴极射线管显示器上，或通过数据链路发送至地面站。1992年，美国海军执行了“辐射亡命徒”先期技术演示计划，演示用激光雷达远距离非合作识别空中和地面目标。该演示计划使用的CO2激光雷达在P-3C试验机上进行了飞行试验，可以利用目标表面的变化、距离剖面、高分辨率红外成像和三维激光雷达成像，识别目标。同时，针对美国海军陆战队的战备需求，桑迪亚国家实验室和Burns公司分别提出了手持激光雷达的设计方案。这种设备能由一名海军陆战队队员携带，重量在2.3～3.2kg之间，可以安装在三脚架上；系统能自聚焦，能在低光照条件下工作；采集的影像足够清晰，能分辨远距离的车辆和近距离的人员。
直升机障碍物规避激光雷达
直升机在进行低空巡逻飞行时，极易与地面小山或建筑物相撞。美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统，使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域，地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上，为安全飞行起了很大的保障作用。德国戴姆勒.上海化科奔驰宇航公司研制成功的障碍探测激光雷达更高一筹，它是一种固体1．54微米成像激光雷达，视场为32度×32度，能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线，将装在新型EC―135和EC―155直升机上。 法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达采用了CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍，还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能，适用于飞机和直升机。
化学战剂探测激光雷达
传统的化学战剂探测装置由士兵肩负，一边探测一边前进，探测速度慢，且士兵容易中毒。 俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统，可以实时地远距离探测化学毒剂攻击，确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数，并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号，比传统探测前进了一大步。 德国研制成功VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进，它使用两台9
― 11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器，利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂，既安全又准确。
机载海洋激光雷达
传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式，声纳可分为主动式和被动式，可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大，重量一般在600公斤以上，有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备，通过发射大功率窄脉冲激光，探测海面下目标并进行分类，既简便，精度又高。 如今，机载海洋激光雷达以第二代系统为基础，增加了GPS定位和定高功能，系统与自动导航仪接口，实现了航线和高度的自动控制。
成像激光雷达可水下探物
美国诺斯罗普公司为美国国防高级研究计划局研制的ALARMS机载探测系统，具有自动、实时检测功能和三维定位能力，定位分辨率高，可以24小时工作，采用卵形扫描方式探测水下可疑目标。美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达，最大特点是可
对水下目标成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积大，因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外，成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征，更加便于识别目标，这已是成像激光雷达的一大优势.
化学和生物战剂探测激光雷达
化学/燃煤助燃剂生物武器是一种大规模毁伤武器。面对不断扩散的化学和生物武器的威胁，许多国家正在采取措施，加强对这类武器的防御。激光雷达可用于化学和生物战剂的遥测。每种化学战剂仅吸收特定波长的激光，对其他波长的激光是透明的。被化学战剂污染的表面则反射不同波长的激光。化学战剂的这种特性，就允许利用激光雷达探测和识别之。激光雷达可以利用差分吸收、差分散射、弹性后向散射、感应荧光等原理，实现化学生物战剂的探测。化学和生物战剂探测激光雷达采用的激光器，主要是CO2激光器和Nd:YAG激光器。
二、 环境科学领域的应用
大气监测激光雷达
激光雷达通过测量大气中自然出现的少量颗粒的后向散射，可以检测风速、探测紊流、实时测量风场等。由于返回的后向散射辐射很微弱，因而大气监测激光雷达需要使用灵敏的接收器。目前的飞机阵风缓和系统以安装在机身上的加速度计为基础，效能有限。有效的系统要求在飞机与紊流相遇前测量紊流。激光雷达探测紊流阵风的能力，可以为未来的军用和民用飞机提供更好的阵风缓和系统。美国航天局的“先进的飞行中测量用机载相干激光雷达”，正在探索这个概念。
飞机后微爆风切变和尾流，给与其相遇的飞机造成危险。英国国防鉴定与研究局（DARA）的研究人员研制的激光雷达，能测量在飞机后微爆风切变和尾流速度。将这种激光雷达置于跑道上进行实时监测，就可以提高安全性，增加飞机的通过量。
双波长高空探测激光雷达
在30~110公里范围中高层大气和低电离层是“日-地”推板炉关系链中的重要环节，太阳活动对中高层大气和低电离层中的许多物理、化学和动力学过程，以及与其相邻的上下层次之间的相互作用过程都有重要影响。而这方面的探测技术发展一直较为薄弱。对原位探测而言，这一层段对气球探空显得太高，对卫星探测又显得太低；对遥感探测而言，这一层段对地面的无线电遥感大多属于盲区，而卫星从上向下的被动光学遥感又存在分辨率和精确度方面的缺点。用于探测太阳剧烈活动与空间灾害天气的“探测激光雷达” 的出现恰恰提供了一种较为有效的解决方案。它可以实现对30~110公里中高层大气和低电离层段的同时、连通性探测具有很高学术价值和应用前景。 |
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多普勒测风激光雷达
城乡信息一体化测风激光雷达通过测量大气中自然出现的气溶胶颗粒或分子运动（风速引起）产生的具有多普勒频移的后向散射信号，利用对回波信号频率进行鉴频或相干，测量出后向散射信号的多普勒频移液压式浮球阀Δν，利用Δν与风速的关系就可反演得到径向风速数值，通过扫描激光光束得到不同方向上径向速度，矢量合成即可得到风速、风向，实现检测风速、探测紊流、实时测量风廓线风场等。目前，激光雷达探测风速风向的主要技术有相干激光雷达技术及非相干技术。相干激光雷达主要适用于气溶胶密度较大的对流层， 探测范围最大可达10 km左右，精度可达0.1m/s。而非相干激光雷达主要利用气溶胶及大气分子测速，属于能量检测，其适用范围较广，适合对流层到平流层的风廓线探测,测速精度可到1 m/s 以内。 图1多普勒测风激光雷达示意图 多普勒测风激光雷达在风力发电，包括建站前的场地选择以及风车前的风力预测等方面有极大地应用前景和市场潜力，可以在一定程度上提高风力发电设备的发电效率。 |
三、 生物科学和考古研究领域 肩垫在所有的海洋生物中，浮游植物占有特殊的地位，因为其它海洋生物以浮游植物作为直接或间接的食物来源。为观察海洋生物量的分布，调查者一般借助于测定海水中的叶绿素浓度来作为浮游植物生物量的指标。传统的仪器分析技术，如分光光度法、荧光分光光度法和谱分析，虽然精度能满足要求，但这些方法依靠逐点采样测量的方式，且分析速度很慢，故很难应用于大面积水域的现场探测。海洋激光雷达是进行叶绿素浓度测量的主动遥测设备，也是目前研究的一个热点。海遥感卫星的发射，需要精确的地面遥测手段作为印证，激光雷达系统又可作为重要的印证设备。 很多古迹因为年代久远和历史变迁，淹没在漫漫黄沙或葱郁的密林中。微波雷达曾用于探测古长城，近年来随着lidar技术的发展与普及，激光雷达技术也逐渐用于考古中。由于其对密林的一定穿透性，lidar技术成功地用于发现热带雨林下的玛雅文明遗迹。 四、 激光雷达发展中需要克服的问题 |
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激光雷达技术复杂、研制周期长，设备昂贵，因此要发展它不仅需要有关的高级专门人才，还要有雄厚的经济基础。它就使它普及起来很困难，目前它主要应用于科学研究方面。
