激光雷達(dá)將激光光學(xué)和大氣光學(xué)有效結(jié)合,協(xié)調(diào)融合了傳統(tǒng)雷達(dá)、光機(jī)電一體化和電算等前沿技術(shù),對(duì)物理學(xué)的各大領(lǐng)域都有所涉及,是物理學(xué)的前沿應(yīng)用技術(shù)之一。目前激光雷達(dá)家族龐大,分類標(biāo)準(zhǔn)也很多,可以按搭載激光器、功能用途、探測技術(shù)等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行不同的分類。
由于激光雷達(dá)的分辨率和靈敏度高、抗觀測背景的干擾性強(qiáng),能夠?qū)崿F(xiàn)全天時(shí)觀測,可以廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測、地形測繪、高空探測、軍事應(yīng)用、民用汽車等領(lǐng)域。
激光雷達(dá)方向性強(qiáng)、相干性高、單色性強(qiáng),在氣象領(lǐng)域發(fā)展迅速??梢杂脕韨蓽y氣溶膠、空中云霧、海洋和平流層風(fēng)場、溫室氣體、溫濕度變化等,提供精確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),為空中飛行提供保障,為氣象研究、天氣預(yù)報(bào)和大氣模型建模提供數(shù)據(jù)依據(jù),對(duì)全球氣候變遷、碳循環(huán)的研究和預(yù)測提供引導(dǎo)。比如,探測可吸入顆粒物和云-氣溶膠濃度,可用后向散射激光雷達(dá);測量海洋風(fēng)場、平流層風(fēng)場的風(fēng)切變、風(fēng)速等信息,可用多普勒激光雷達(dá),觀測溫室氣體和污染氣體的濃度和分布,可用差分吸收雷達(dá)。
在海洋探測方面,激光雷達(dá)的機(jī)載、船載平臺(tái)以及水下平臺(tái),可以探測淺海以及海中的海浪動(dòng)向、油污污染、油氣儲(chǔ)備等等。一般的激光水深測量器常用于對(duì)淺海、難以航行水域、復(fù)雜島礁地區(qū)進(jìn)行探測。如圖,空載的海洋激光雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)快速掃描,反饋分析后獲得詳細(xì)的淺海地貌,相比聲納測量技術(shù),測量效率和測量質(zhì)量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)提高。
利用激光雷達(dá)脈沖波的穿透性,可以對(duì)森林領(lǐng)域進(jìn)行探索。通過分析脈沖波的回波波形數(shù)據(jù),可以得到森林地形的三維結(jié)構(gòu),測算林木高度、冠層結(jié)構(gòu)等重要參數(shù),估算森林生物數(shù)量,還可以發(fā)覺地下墓冢、建筑物等等,為其他林業(yè)研究、考古研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
激光雷達(dá)方向性強(qiáng)、角分辨高、工作波短,能對(duì)距離、速度、角度等參量完成精確測量,且空間無大氣衰減和散射,激光雷達(dá)的體積輕、重量小、能耗低,其在空間領(lǐng)域也得到了發(fā)展。近十年來,激光雷達(dá)已在星體激光測度儀、航天器對(duì)接和著陸導(dǎo)航、飛行器成像等空間領(lǐng)域、航空器領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
涉及軍事領(lǐng)域,激光雷達(dá)可用于戰(zhàn)場監(jiān)察、情報(bào)收集、障礙躲避、敵向探測、武器導(dǎo)航、精準(zhǔn)打擊等。比如,利用激光雷達(dá)的深水探測技術(shù)對(duì)潛艇、水雷等水下目標(biāo)進(jìn)行掃描、偵察。激光雷達(dá)在軍事領(lǐng)域,不論是微觀的單兵定位,還是宏觀的戰(zhàn)場監(jiān)控,都有其用武之地。