激光雷達LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)，是激光探測及測距系統(tǒng)的簡稱。用激光器作為輻射源的雷達。激光雷達是激光技術(shù)與雷達技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 。由發(fā)射機 、天線 、接收機 、跟蹤架及信息處理等部分組成。激光雷達可通過三種不同的方式確定距離。

激光雷達傳感器基于使用一個或多個激光束來進行距離測量。它們是有源傳感器，以設定波長發(fā)射脈沖并接收返回信號。從激光脈沖的發(fā)射和接收確定距離測量的主要技術(shù)有以下三種：三角測量、飛行時間和相位。 

三角測量系統(tǒng)

它們由激光發(fā)射器和以恒定角度固定在它們之間的相機組成（圖 1）。相機和激光發(fā)射器之間的距離和方向是已知的。激光在目標物體上發(fā)射一個圖案，該圖案在相機圖像上可視化。根據(jù)到表面的距離，該點出現(xiàn)在相機視野中的不同位置。通過三角學，然后可以確定激光源和目標物體之間的距離。該技術(shù)主要用于短距離運行的便攜式（手持）LiDAR 系統(tǒng)。

對于此類系統(tǒng)，測量誤差與到被測物體的距離直接相關(guān)。因此，它主要用于有限的應用范圍，通常小于 10 m。需要注意的是，這種技術(shù)可以達到十微米范圍內(nèi)的精度。

圖1.激光三角測量設置使用相機和激光位置的固定角度偏移，可以推導出檢測表面和相機傳感器之間的線性距離。 

飛行時間測量系統(tǒng)

飛行時間 (ToF) 測量對應于激光脈沖從發(fā)射到檢測到目標反射部分的傳播時間。知道介質(zhì)的折射率并使用光速，就可以推導出光的傳播距離（圖 2）。

限制 ToF 激光系統(tǒng)性能的是采集速度。這些系統(tǒng)需要先接收返回信號，然后再發(fā)射另一個激光脈沖。但是根據(jù)需要，可以增加激光發(fā)射的速度（點數(shù)），但要以距離為代價。它們用于遠距離計算，例如太空、空中或汽車 LiDAR。

圖2.飛行時間激光測量原理

相移測量系統(tǒng)

與 ToF 系統(tǒng)相比，相移測量系統(tǒng)又稱相位式測量系統(tǒng)，需要使用連續(xù)激光器。通過對其進行調(diào)制（以頻率幅度），就可以測量 2 個光束之間的相位差。光束在 LiDAR 系統(tǒng)的出口處分開。一個直接前往探測器，第二個前往目標并返回。

這些測量系統(tǒng)通常比飛行時間測量系統(tǒng)具有更高的數(shù)據(jù)采集速度、更好的分辨率、更低的噪聲和更高的精度。這些系統(tǒng)的限制取決于所使用的調(diào)制類型（非周期性或周期性）。該技術(shù)可用于中距離系統(tǒng)，例如地面和室內(nèi) LiDAR 掃描儀。