當今，隨著科技水平的快速提升，雷射雷達的技術得到了不斷的發展和升級。人工智慧時代的到來，雷射雷達也已被廣泛應用於自動駕駛、機器人、安防監控、無人機、地圖測繪、物聯網、智慧城市等高新科技領域。雷射雷達形式多樣，隨著器件水平和加工製造水平的更新，雷射雷達技術指標和技術方式也在不斷升級。
雷射雷達技術按不同的載體可分為星載、機載、車載及固定式雷射雷達系統。其中星載及機載雷射雷達系統結合衛星定位、慣性導航、攝影及遙感技術，可進行大範圍數字地表模型數據的獲取；車載系統可用於道路，橋梁，隧道及大型建築物表面三維數據的獲取；固定式雷射雷達系統常用於小範圍區域精確掃描測量及三維模型數據的獲取。
總之，雷射雷達技術的出現，為空間信息的獲取提供了全新的技術手段，使得空間信息獲取的自動化程度更高，效率更明顯。這一技術的發展也給傳統測量技術帶來革命性的挑戰。
雷射雷達傳感技術的發展歷程
國外雷射雷達技術的研發起步較早，早在20世紀60年代年代，人們就開始進行雷射測距試驗；70年代美國的阿波羅登月計劃中就應用了雷射測高技術；80年代，雷射雷達技術得到了迅速發展，研製出了精度可靠的雷射雷達測量傳感器，利用它可獲取星球表面高解析度的地理信息。
到了21世紀，針對雷射雷達技術的研究及科研成果層出不窮，極大地推動了雷射雷達技術的發展，隨著掃描，攝影、衛星定位及慣性導航系統的集成，利用不同的載體及多傳感器的融合，直接獲取星球表面三維點雲數據，從而獲得數字表面模型DSM，數字高程模型DEM，數字正射影像DOM及數字線畫圖DLG等，實現了雷射雷達三維影像數據獲得技術的突破。使得雷達技術得到了空前發展。
如今雷射雷達技術已廣泛應用於社會發展及科學研究的各個領域，成為社會發展服務中不可或缺的高技術手段。
雷射雷達傳感技術的定義與分類
一、雷射雷達的定義
雷射雷達（LiDAR）是一種用於精確獲得三維位置信息的傳感器，好比人類的眼睛，可以確定物體的位置、大小、外部形貌甚至材質。它是通過雷射測距技術探測環境信息的主動傳感器的統稱。它利用雷射束探測目標，獲得數據並生成精確的數字工程模型。
雷射雷達由發射系統、接收系統 、信息處理三部分組成。雷射雷達的工作原理是利用可見和近紅外光波（多為950nm波段附近的紅外光）發射、反射和接收來探測物體。
二、雷射雷達的分類
根據結構，雷射雷達分為機械式雷射雷達、固態雷射雷達和混合固態雷射雷達。
1、機械式雷射雷達
機械雷射雷達，是指其發射系統和接收系統存在宏觀意義上的轉動，也就是通過不斷旋轉發射頭，將速度更快、發射更準的雷射從「線」變成「面」，並在豎直方向上排布多束雷射，形成多個面，達到動態掃描並動態接收信息的目的。
因為帶有機械旋轉機構，所以機械雷射雷達外表上最大的特點就是自己會轉，個頭較大。
如今機械雷射雷達技術相對成熟，但價格昂貴，暫時給主機廠量產的可能性較低；同時存在光路調試、裝配複雜，生產周期漫長，機械旋轉部件在行車環境下的可靠性不高，難以符合車規的嚴苛要求等不足。
2、混合固態雷射雷達
機械式雷射雷達在工作時發射系統和接收系統會一直360度地旋轉，而混合固態雷射雷達工作時，單從外觀上是看不到旋轉的，巧妙之處是將機械旋轉部件做得更加小巧並深深地隱藏在外殼之中。
業內普遍認為，混合固態雷射雷達指用半導體「微動」器件（如MEMS掃描鏡）來代替宏觀機械式掃描器，在微觀尺度上實現雷達發射端的雷射掃描方式。MEMS掃描鏡是一種矽基半導體元器件，屬於固態電子元件；但是MEMS掃描鏡並不「安分」，內部集成了「可動」的微型鏡面；由此可見MEMS掃描鏡兼具「固態」和「運動」兩種屬性，故稱為「混合固態」。
對於雷射雷達來說，MEMS最大的價值在於：原本為了機械式雷射雷達實現掃描，必須使雷射發射器轉動。而MEMS微機電系統可以直接在矽基晶片上集成體積十分精巧的微振鏡，由可以旋轉的微振鏡來反射雷射器的光線，從而實現掃描。
這樣一來，雷射雷達本身不用再大幅度地進行旋轉，可以有效降低整個系統在行車環境出現問題的機率。另外，主要部件運用晶片工藝生產之後，量產能力也得以大幅度提高，有利於降低雷射雷達的成本，可以從上千乃至上萬美元降低到數百美元。
3、固態雷射雷達
相比於機械式雷射雷達，固態雷射雷達結構上最大的特點就是沒有了旋轉部件，個頭相對較小。
固態雷射雷達的優點包括了：數據採集速度快，解析度高，對於溫度和振動的適應性強；通過波束控制，探測點（點雲）可以任意分布，例如在高速公路主要掃描前方遠處，對於側面稀疏掃描但並不完全忽略，在十字路口加強側面掃描。而只能勻速旋轉的機械式雷射雷達是無法執行這種精細操作的。
從使用的技術上，固態雷射雷達分為OPA固態雷射雷達和Flash固態雷射雷達。
（1）OPA固態雷射雷達
OPA（optical phased array）光學相控陣技術。對軍事有所了解的讀者，應該會知道相控陣雷達，美海軍宙斯盾艦上那一塊蜂窩狀的「板子」就是它。
而光學相控陣使用的即是原理相同的技術。OPA運用相干原理（類似的是兩圈水波相互疊加後，有的方向會相互抵消，有的會相互增強），採用多個光源組成陣列，通過控制各光源發光時間差，合成具有特定方向的主光束。然後再加以控制，主光束便可以實現對不同方向的掃描。
相對於MEMS，這一技術的電子化更加徹底，它完全取消了機械結構，通過調節發射陣列中每個發射單元的相位差來改變雷射的出射角度。
因為沒有任何機械結構，自然也沒有旋轉。所以相比傳統機械式雷達，OPA固態雷射雷達有掃描速度快、精度高、可控性好、體積小等優點。但也易形成旁瓣，影響光束作用距離和角解析度，同時生產難度高。
（2）Flash固態雷射雷達
Flash原本的意思為快閃。而Flash雷射雷達的原理也是快閃，不像MEMS或OPA的方案會去進行掃描，而是短時間直接發射出一大片覆蓋探測區域的雷射，再以高度靈敏的接收器，來完成對環境周圍圖像的繪製。
因此，Flash固態雷射雷達屬於非掃描式雷達，發射面陣光，是以2維或3維圖像為重點輸出內容的雷射雷達。某種意義上，它有些類似於黑夜中的照相機，光源由自己主動發出。
Flash固態雷達的一大優勢是它能快速記錄整個場景，避免了掃描過程中目標或雷射雷達移動帶來的各種麻煩。不過，這種方式也有自己的缺陷，比如探測距離較近。
這意味著Flash固態雷射雷達沒有「遠視眼」，在實際使用中不適合遠程探測，而業內專家堅信，全自動駕駛汽車上搭載的雷射雷達至少一眼就得看到200到300米外的物體。
其實Flash固態雷射雷達的成本還是相對低，但基於3D Flash技術的固態雷射雷達，在技術的可靠性方面還存在問題。
雷射雷達傳感技術的工作原理
雷射雷達的工作原理與雷達非常相近，以雷射作為信號源，由雷射器發射出的脈衝雷射，打到地面的樹木，道路，橋梁和建築物上引起散射，一部分光波會反射到雷射雷達的接收器上，根據雷射測距原理計算，就得到從雷射雷達到目標點的距離。
脈衝雷射不斷地掃描目標物，就可以得到目標物上全部目標點的數據，用此數據進行成像處理後，就可得到精確的三維立體圖像。也可以測量兩個或多個距離，並計算其變化率而求得速度，這是、也是直接探測型雷達的基本工作原理。
LiDAR系統一般包括；雷射源或其它發射器，靈敏的光電探測器或其它接收器，同步和數據處理電子系統，運動控制設備或微機電系統（MEMS）掃描鏡（二選一）。均是基於精確的雷射掃描組件並可用於創建3D地圖或收集近距離數據。
民用和商業應用中，保證用眼安全的雷射器在高性能緊湊型LiDAR中越來越受歡迎。在用眼安全的波長範圍內，當在地形測繪和避障中探測固體時，通常需要約紅外雷射器發射1.5 m的波長。
雷射雷達傳感技術的特點
傳統的雷達是以微波和毫米波波段的電磁波為載波的雷達。雷射雷達則是以雷射作為載波，可以用振幅、頻率和相位來搭載信息作為載體。因此，雷射雷達有以下優於微波及毫米波的一些特點：
1、極高的解析度
雷射雷達工作於光學波段，頻率比微波高2～3個數量級以上，因此，與微波雷達相比，雷射雷達具有很高的距離解析度、角解析度和速度解析度；
2、高抗幹擾能力
雷射波長短，可發射發散角非常小的雷射束，多路徑效應小（不會像微波或者毫米波一樣產生多徑效應），可探測低空或超低空目標；
3、豐富的信息量
可直接獲取目標的距離、角度、反射強度、速度等信息，生成目標多維度圖像；
4、不受光線影響
不受光線影響，雷射掃描儀可全天候進行偵測任務。它只需發射自己的雷射束，通過探測發射雷射束的回波信號來獲取目標信息。
雷射雷達傳感技術的應用領域
據調查，目前大部分企業都以無人車、機器人及無人車領域雷射雷達為主要研究方向。而傳統機械式雷射雷達已逐漸向固態雷射雷達方向轉變。在價格方面，無人駕駛領域的雷射雷達少則上萬，多則幾十萬元，普遍要高於機器人及 AGV 等領域價格。在未來，固態、小型、低成本雷射雷達將是各企業的著重發力點。
隨著國際社會對雷射雷達技術的深入研究，這一新興技術的優越性越來越明顯，在各個行業均有其獨特的優勢。下面將列舉幾個主要應用領域的領先技術。
一、自動駕駛領域
由於雷射雷達與攝像頭具有出色的成像能力，一直以來被當作自動駕駛的核心傳感器。雷射雷達相較於攝像頭的好處是它能得到準確的三維信息，而且自身是主動光源，能夠不受光照的影響，白天和晚上都能照常工作。
攝像頭識別的顆粒度比較高，能夠獲得豐富的紋理色彩，所以能夠實現精細化的識別，在這一點上雷射雷達不如攝像頭。
攝像頭最大的缺點是受環境光的影響大，在強光照射、高亮反白物體、夜晚弱光環境等情景下，採集到的數據都難以通過算法進行有效可靠的環境感知。
雷射雷達是通過雷射主動探測成像的，不受環境光影響，直接測量物體的距離方位、深度信息、反射率等。算法首先對障礙物進行識別，然後再分類，識別準確度和可靠性遠超攝像頭，而消耗的計算資源低於攝像頭。
可以說，雷射雷達在自動駕駛中的應用，最重要的部分就是高精度定位，先確定自身所在的位置，自動駕駛車輛才會面臨「要往哪裡去」的問題。所以，確定「我在哪裡」是第一步，也是非常關鍵的一步。按常規理解，定位應該只是GPS的任務，的確，自動駕駛的定位會用到GPS，但是GPS定位的精度不足，而且在遇到高樓林立或者進出隧道等情況下信號穩定性差，因此難以保證自動駕駛車輛的安全。所以自動駕駛定位需要結合雷射雷達、GPS、IMU等，以完成穩定可靠的高精度定位。
雷射雷達硬體配合針對自動駕駛研發的AI感知算法，可以完成對周圍障礙物進行識別，對路邊沿進行檢測，進行高精度定位等任務，還能夠實現分類標註，把障礙物分為卡車、小汽車、行人、自行車等。
二、安防領域
隨著國內安防領域的快速發展，安防系統越來越向集成化、多功能化、智能化方向發展，傳統的單一攝像頭模式已經無法完全滿足安防環境越來越複雜化、多樣化、多功能化的要求。雷射雷達的加入，為安防集成商和客戶提供了新的解決思路和新的功能補充。相比於傳統的安防監控系統，基於雷射雷達的安防方案在滿足客戶基礎的防護報警功能的同時，更能夠提升客戶的深層次需求，具有更大的優勢。
近年來，雷射雷達技術飛速發展，技術從簡單的雷射測距技術，逐步發展出雷射跟蹤、雷射測速、雷射掃描成像、雷射都卜勒成像等技術。其工作環境也從最開始的可見光區域（紅寶石雷射器），發展到近紅外區（Nd：YAG雷射器），再之後是紅外區域（CO2雷射器），而現在很多雷射雷達工作是在對人眼無害的近紅外區域（0．76～1．5μm）。由此湧現了許多不同用途的雷射雷達，如精密跟蹤雷射雷達、偵測雷射雷達、水下雷射雷達等，從而使雷射雷達成為一類具有多種功能的系統。
三、智慧交通
隨著大城市人口的不斷增長，城市的交通也變得更加擁擠，這要求未來的交通更「智慧」。物聯網、傳感器、人工智慧的快速發展讓這些變成現實。信息技術、傳感技術、通信技術等多種技術在交通領域廣泛的應用。
雷射雷達在很多地方都有用武之地，例如在毫米波雷達能精確地檢測車道級和毫秒級的數據，這種檢測是微觀的，同時也是實時和準確的，可以用於信號燈控制機即時感應控制、自適應控制和綠波帶控制，也是未來實現車聯網車路協同的基礎。
四、機器人領域
隨著機器人深入人們的生活，例如工廠、倉庫、酒店、商場、餐廳等環境中的使用，人們對機器人的移動能力越為重視，市場對智能化設備的需求日益高漲。以至於避障成為一個極為關鍵且必要的功能。
避障是指移動機器人根據採集的障礙物的狀態信息，在行走過程中通過雷射雷達傳感器感知到妨礙其通行的靜態和動態物體時，按照一定的方法進行有效地避障，最後達到目標點。
實現避障與導航的必要條件是環境感知，在未知或者是部分未知的環境下避障需要通過雷射雷達傳感器獲取周圍環境信息，包括障礙物的尺寸、形狀和位置等信息，因此傳感器技術在移動機器人避障中起著十分重要的作用。
五、VR/AR領域
VR/AR也是最近幾年火起來的，市場前景可觀。VR一體機、智能眼鏡等產品已經面市，AR眼鏡、AR頭顯的應用也是非常之廣。
在用到AR頭顯進行的遊戲中，運用的空間感知定位技術裡面會用到雷射雷達和許多配套的光學傳感器，通過SLAM技術（即時定位與地圖構建），精準定位自己在三維空間中的位置，增強在遊戲中的真實體驗感。
六、3D列印領域
近年來，3D列印備受關注，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層列印的方式來構造物體的技術。3D列印作為前沿性、先導性的智能製造技術，將引領傳統生產方式和生產工藝的變革，有望成為推動新一輪工業革命的源動力。
在3D列印裡面，也有用到雷射雷達的地方，如最近很火的Printoptical3D列印技術本質上是一種「從CAD設計到光學部件」的一站式技術，其列印出來的光學部件不需要進行像拋光、研磨和著色這樣的後處理。這種技術主要基於成熟的寬幅工業噴墨列印設備，通過紫外線固化的透明聚合物液滴噴射出來，然後被集成在列印頭上的強紫外線燈固化，最終可以形成各種各樣的幾何形狀，雷射雷達在這裡面扮演者測量、監控等角色。
雷射雷達傳感技術的前景展望
雷射雷達技術的發展為獲取高時空解析度的地球空間信息提供了全新的技術手段，使人們從傳統的單點數據獲取變為連續自動數據獲取，並能夠快速地獲取精確的高解析度的數字地面模型以及地面物體的三維坐標，同時配合地物的影像，增強人們對地物的認識和識別能力，在社會建設的各個領域均具有廣闊的發展前景和應用需求。目前，越來越多的用戶對使用雷射雷達技術產生了濃厚的興趣，顯示了這項技術的強大市場需求。
雷射雷達技術，能夠在一定程度上解決城市建設、規劃、環保、虛擬顯示，軍事國防，電子娛樂、災害預防與控制等方面的數據需求。涉及測繪、國土、規劃、電力、交通等多個領域的產業部門的用戶。隨著雷射雷達技術在我國的全面推廣以及相關技術的飛速發展，雷射雷達技術難度將大大降低，會使越來越多的用戶在使用雷射雷達技術中獲得所需的空間信息，從而創造更大的經濟利益和社會效益。
雷射雷達作為一項新的技術，除了上述領域，未來仍有更多的空間可拓展，不同的場景要求也不一樣，對雷射雷達而言，它的有點明顯，缺點也有，比如受天氣因素影響大、空間搜索範圍窄等。但就目前而言，雷射雷達在這些已知領域的運用仍有很大的上升空間，並且隨著技術的成熟，整個行業將會往更好的方向發展！