激光雷达的发展

目前的机载线性模式激光雷达系统，如徕卡Geosystems ALS系列，每秒捕获100万个点。增加脉冲重复频率是以较低成本实现密集点云的最佳方法，因为飞行速度可以提高。然而，脉冲频率受到诸如能量消耗和眼睛安全等参数的限制。单光子激光雷达(SPL)技术可以实现更高的脉冲速率，因为每个脉冲所需的能量要少得多。

激光雷达系统通常由以下几个组成部分构成:

• 测距系统
• 扫描光学元件来引导激光脉冲
• 记录激光脉冲起始点的位置和定向系统。

这些系统在每个发射的激光脉冲中使用相对较高的能量。每个脉冲从飞机传播到地面，从那里反射回扫描仪。

通过每脉冲使用更多的能量，可以记录更强的反射，因为飞机下方的地形反射更多的光子。线性模式系统的输出令人印象深刻，这些系统提供的数据具有较高的空间和辐射精度。然而，该技术确实对可以达到的最大有效脉冲率施加了一些限制。

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高脉冲率

在数据采集过程中，脉冲重复率是确定可接受飞行高度和飞行速度的重要参数。更高的脉冲重复率允许更快的飞行，同时保持相似的点密度。

随着线性模式激光雷达系统脉冲率的增加，电力消耗也随之增加。此外，使用的激光器将产生更大的热量。

产生越来越高的平均光输出的能力是一项工程挑战，这是越来越高的脉冲率所需要的。除了精度和脉冲重复率外，传感器的设计不仅要考虑总的电能消耗和系统冷却，还要考虑尺寸、重量和眼睛安全性。

为了在机载激光雷达系统开发中迈出下一步，必须降低每脉冲所需的能量。这可以通过改变测距系统的性质和技术来实现。下一代激光雷达技术，包括SPL系统，依靠新的测距技术来实现更低的能耗和更高的脉冲率。

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从太空到地球

SPL技术最初是为地球卫星测距而开发的，并已证明能够在每个脉冲中使用最少的激光能量产生精确的距离测量。与当前可用的线性模式激光雷达系统相比，SPL系统包含一个激光分离器，它将每个激光脉冲分割成10x10个小激光束阵列（小束）。对于这100个小束，光子到地面和背面的传播时间是单独测量的。SPL系统中部署的高灵敏度光子探测器的添加使得能够以更少的能量检测单个返回光子。

SPL系统每秒可产生60000个脉冲。由于每个脉冲被分割成100个小波束，因此有效脉冲率为6.0 MHz，大大高于线性模式激光雷达的有效脉冲率。

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具有单个点的多重返回

线性模式激光雷达系统允许在全回波波形中记录各种目标反射的峰值，可对其进行处理以检索多个回波。由于SPL系统不捕获连续波，而是计算单个光子，因此无法获得完整的波形。但是，由于通道恢复时间非常短，仅为1.6纳秒，因此仍然可以检索多个返回。

这意味着光子计数器每1.6纳秒重置一次，以计数从光束中返回的新光子。这些都被视为一种新的回报。其结果是一个真正的多回波激光雷达系统，具有24厘米短的回波间隔。因此，SPL系统可以获得每平方米12至30点的高密度点云，并在雨棚下有许多回返。

点密度与飞行高度成反比。如果飞行高度增加一倍，覆盖的条带将增加一倍，但点密度将减半。SPL仪器在4000米高空以200节的速度飞行，将产生大约每平方米20个点的点密度。

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徕卡SPL100

线性模式激光雷达仍然是航空制图的行业标准，但SPL技术正在获得大型项目的认可。例如，美国地质服务局（USGS）的三维高程计划（3DEP）该系统旨在以高质量激光雷达数据的形式系统地收集增强的高程数据，并探索了SPL技术。该系统已证明符合美国地质勘探局QL1数据的精度标准，对应于非植被区域优于10 cm的高度精度。

考虑到这一点，徕卡Geosystems今年早些时候在徕卡SPL100上推出了其首个商用SPL机载系统。自2016年被Hexagon收购以来，该公司最新的机载传感器是第一个使用Sigma Space技术发布的传感器。bob体育报道

新的SPL100是新的真实捕捉解决方案Real Terrain的一半。与Hxbob综合app赌博Map（可扩展的后处理工作流软件）相结合，新的解决方案能够高效收集和快速处理大面积激光雷达数据集。SPL100采集和HxMap数据处理所获得的效率能够实现更大和更高的频率t激光雷达数据采集，用于密集植被制图和变化检测等应用。

Leica Geosystems Content and Engineering Services和Geospatial Solutions Division总裁：“徕卡RealTerrain是提供高质量航空信息的下一个发展方向；它既推动了该领域的发展，也塑造了数字现实的未来。”

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激光雷达的未来

随着时间的推移，SPL技术在精度和辐射测量能力方面不断进步。这将扩大SPL技术适用的应用领域。

预计SPL系统的有效脉冲率将继续提高，正如线性模式系统的有效脉冲率在过去二十年中稳步提高一样。目前的性能水平为每秒600万点，SPL系统可能在不到一年的时间内每秒捕获10亿点凯德。

通过提高有效脉冲速率来降低每点成本是解决未来大面积、高点密度项目的最佳方法。随着SPL技术在越来越多的应用中得到应用，我们将在整个行业看到积极的变化，如资源管理效率的提高，更有效的基础设施规划和更好的自然灾害准备。

这个故事的一个版本首先出现在GIM国际上。