前言：中文期刊网精心挑选了雷达技术范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
雷达技术范文1
关键词：激光雷达技术、发展、技术应用
1、前言
激光雷达技术是一门新兴技术，在地球科学领域及行星科学领域有着广泛应用。随着这一技术在相关行业的深入开展，它越来越被世界各国的人们所熟知，并被大力推广、研发和应用，成为当今较为热门的现代量测技术。
激光雷达技术按不同的载体可分为星载、机载、车载及固定式激光雷达系统。其中星载及机载激光雷达系统结合卫星定位、惯性导航、摄影及遥感技术，可进行大范围数字地表模型数据的获取；车载系统可用于道路，桥梁，隧道及大型建筑物表面三维数据的获取；固定式激光雷达系统常用于小范围区域精确扫描测量及三维模型数据的获取。总之，激光雷达技术的出现，为空间信息的获取提供了全新的技术手段，使得空间信息获取的自动化程度更高，效率更明显。这一技术的发展也给传统测量技术带来革命性的挑战。
2、激光雷达技术的发展历程
国外激光雷达技术的研发起步较早，早在20世纪60年代年代，人们就开始进行激光测距试验；70年代美国的阿波罗登月计划中就应用了激光测高技术； 80年代，激光雷达技术得到了迅速发展，研制出了精度可靠的激光雷达测量传感器，利用它可获取星球表面高分辨率的地理信息。到了21世纪，针对激光雷达技术的研究及科研成果层出不穷，极大地推动了激光雷达技术的发展，随着扫描，摄影、卫星定位及惯性导航系统的集成，利用不同的载体及多传感器的融合，直接获取星球表面三维点云数据，从而获得数字表面模型DSM，数字高程模型DEM，数字正射影像DOM及数字线画图DLG等，实现了激光雷达三维影像数据获得技术的突破。使得雷达技术得到了空前发展。如今机光雷达技术已广泛应用于社会发展及科学研究的各个领域，成为社会发展服务中不可或缺的高技术手段。
3、激光雷达技术的工作原理及流程
激光雷达系统是一种集激光雷达扫描探测，卫星定位和惯性导航系统于一身的多功能三维影像获取系统。通常由三部分组成，分别为POS系统，传感器系统以及存储与控制系统。其中POS系统由卫星定位系统和惯性导航系统组成，卫星定位系统通过差分实时测定传感器的空间位置，惯性导航系统精确记录传感器的空间姿态，存储与控制系统将传感器测算的空间信息存储起来，通过后处理软件计算出准确的空间点云数据。并生成各种数字产品如：DSM、DEM、DOM、DLG等，其工作流程如下：
激光雷达技术工作流程（东方道尔）
确定激光雷达技术方案
根据所需要成果的用途及精度，确定采用激光雷达技术的工作方式。对于小比例尺基础测绘和大范围的规划及考察研究，可采用星载激光雷达技术进行数据采集；对于高精度大面积基础测绘及区域性详细规划，可采用机载激光雷达技术进行数据获取；对于交通及观测条件允许的带状区域的基础测绘及高精度信息获取，可采用车载激光雷达技术采集数据；对于小范围、小区域的高精度三维数据获取及建模研究等可采用固定式激光扫描技术采集数据。
数据采集
根据选定的激光雷达技术方法，利用GPS系统获得传感器的空间位置数据，利用惯性导航系统获取传感器空间姿态数据；利用摄影及扫描系统获取空间三维坐标及影像数据；利用存储及控制系统记录所有获取数据，并对定位数据、测姿数据、扫描及影像数据进行归类存储。
数据处理
外业数据采集完成后，利用相关软件，对卫星定位轨迹数据、传感器姿态数据、激光扫描数据进行联合处理，得到大量测点的(X，Y，Z)三维点云数据及影像数据。其中包括影像数据的定向、镶嵌及空三结算；激光数据拼接、滤波及异常值剔除；坐标及高程系统转换等。
数据应用：通过内业联合处理后，生成满足用户需求的数字表面模型DSM、数字高程模型DEM、正射影像图DOM及数字线划图DLG及各类专业地图。
4、激光雷达技术的主要应用领域
随着国际社会对激光雷达技术的深入研究，这一新兴技术的优越性越来越明显，在各个行业均有其独特的优势。激光雷达传感器发射的激光脉冲能部分穿透树林遮挡，直接获取真实地面的高精度三维地形信息。且激光雷达测量不受日照和天气条件的限制，能全天候地对地观测，这些特点使它在灾害监测、环境监测、资源勘查、森林调查、地形测绘等方面的应用更具优势，能有效地弥补常规传感器的缺陷，是对现有航空、遥感技术的一种有效补充。
况且激光雷达测量技术又可以同其他技术手段集成使用，如将激光雷达测量技术同传统的航空相机、CCD相机以及红外遥感器等进行结合，可组成一套新的功能更强的遥感系统，为地球空间信息智能化处理提供新的融合数据源，在各行各业的应用都有较大优势， 具体表现如下：
普通测绘中的应用激光雷达技术常被用来测绘带状地形图，其中包括交通线路、输电线路、海岸线、沟、管线路、水下地形等。通过激光雷达技术可以获取高密度、高精度的激光点云数据，去除植被、房屋、其他建筑物等非地形目标上的点云数据，进而生成目标表面模型。
电力线路的设计（东方道尔产品）
文物遗址保护领域的应用对大型的遗迹及文物进行激光扫描，实现文物遗址的三维数字化建模，永久地保存文物信息，减少人为因素对文物的损坏；还可以按照时间序列，将历史文化遗迹在时间隧道中再现；另外借助于互联网，可以快速地实现资源共享，这都将对文化遗产保护、复原与研究具有重要意义。
构建“数字城市”的应用地面激光雷达能够对地面建筑物进行多角度激光扫描，可以快速获取城市中各类建筑物的三维点云数据，并在软件的支持下进行拼接、建模、纹理映射，从而得到“数字城市”所需要的高精度、真三维、可量测的，具有真实感的虚拟城市三维模型。三维模型不但可以对目标建筑进行精确量测，也可以从任意角度实时交互地看到规划效果，获得前所未有的直觉体验。
数字城市（东方道尔产品）
工程测量中的应用
工程测量的特点是:测量范围大小不一;被测目标周围环境复杂，目标之间空间几何关系复杂、也可能时刻处于变化状态等。这些特性就要求能有一种速度快、精度高，且可以实现远距离主动遥感获取空间信息的技术手段来实施测量。而地面激光雷达技术正好可以满足这些要求，并已经被逐步应用于建筑工程、巷道与洞穴测量、工厂设施与管线测量等领域，成为工程测量新的技术力量。
困难区域的DEM(东方道尔产品)林业勘测中的应用森林地区准确的地形及植被参数信息对于林业及自然资源的管理非常重要。而这些数据用常规方法获取较为困难。激光雷达技术它能同时获得树冠底部的地形信息以及树高信息。通过数据后处理，可分析植被并对其加以分类，计算树高、计算木材量，并可动态监测植物的生长情况以及提取林区的真实数字地面模型，成为林业管理的好帮手。
数字高程模型及等高线（东方道尔产品）
灾害调查与环境监测方面的应用
激光雷达测量技术能快速、及时、直接准确地服务于自然灾害的评估、监测及宏观管理。为宏观决策提供技术支持，避免常规测量受环境条件影响而面临的困难。
灾害区域DEM(东方道尔产品)
5、激光雷达测量技术的优越性
激光雷达测量技术的发展历史虽然不长，但已经引起人们的广泛关注，成为国际社会研究开发
的重要技术之一。同其他常规技术手段相比，激光雷达技术具有其自身独特的优越性，主要表现在以下几方面： （1） 采用激光探测技术，直接获取地物三维坐标，采集数据精度相对较高。 （2） 激光雷达的激光脉冲信号能部分穿过植被，能快速获得高精度和高空间分辨率的森林覆盖区的真实数字地表模型（3） 在有少数或无地面控制点的情况下进行作业，且速度快，效率高。（4） 作业安全，它能进行危险地区（如沼泽地带、大型垃圾堆等）的测量工作。 （5） 作业周期快，效率高，易于更新。 （6） 具备全天候获取测区的三维数据的能力； （7） 激光雷达将信息获取、信息处理及应用技术融为一体，更有利于提高自动化及高速化程度。
6、激光雷达测量技术的发展展望
激光雷达技术的发展为获取高时空分辨率的地球空间信息提供了全新的技术手段，使人们从传统的单点数据获取变为连续自动数据获取，并能够快速地获取精确的高分辨率的数字地面模型以及地面物体的三维坐标，同时配合地物的影像，增强人们对地物的认识和识别能力，在社会建设的各个领域均具有广阔的发展前景和应用需求。目前，越来越多的用户对使用激光雷达技术产生了浓厚的兴趣，显示了这项技术的强大市场需求。
激光雷达技术，能够在一定程度上解决城市建设、规划、环保、虚拟显示，军事国防，电子娱乐、灾害预防与控制等方面的数据需求。涉及测绘、国土、规划、电力、交通等多个领域的产业部门的用户。随着激光雷达技术在我国的全面推广以及相关技术的飞速发展，激光雷达技术难度将大大降低，会使越来越多的用户在使用激光雷达技术中获得所需的空间信息，从而创造更大的经济利益和社会效益。
参考文献：
1、LIDAR技术及在高精度测绘领域应用_东方道迩 张生德
雷达技术范文2
摘要：民航空中交通流量的持续增长对提升空管监视设备提出了更高的要求，目前普遍使用的A/C模式二次雷达，由于二次代码资源缺乏、缺少飞行员和航空器的下行数据、航空器数据更新频率低等不足，已经无法满足未来民航发展的需求。本文分析了S模式雷达技术，通过对下行数据的解析和应用，结合现有空管雷达融合、相关和告警技术，提出为了S模式雷达技术在空管系统中的应用实例。
关键词：s模式；下行数据；空管系统
0引言
到2020年，我国民航空中交通流量将达到2014年的3倍左右，年起降架次将超过1500万。雷达等传统监视技术及其布局、数量将难以满足日益增长的航空运输的需要[1]。华东地区空中交通流量大，飞行密度高，空域结构复杂，迫切需要S雷达技术提供监视补盲与备份，以提升空中交通管制能力。同时，地面监视处理系统也需要航空器更多的信息，普通的A/C模式二次雷达已经无法更好的适应目前众多的实际需求。一种新的我们称之为S模式的雷达应运而生。S模式技术从二十世纪六十年代开始发展，现阶段基于S模式应答机的技术已十分成熟。目前商用航空器已大部分安装了S模式应答机。S模式应答机目前主要应用在S模式雷达、数据链系统、多点定位系统、1090兆赫扩展电文的ADS-B技术和在防相撞系统中。
1S模式雷达技术简介
A/C模式应答机监视能力（ModeA/CSurveillance）。传统的A/C模式应答机能应答询问机发出的询问信号，A模式询问时，应答信号为4096个MODE3/A二次代码；C模式询问时，应答信号为高度编码信息。通过雷达询问机和机载A/C模式应答机联合可以提供航空器的二次代码、高度和位置信息。用于管制[2]。“S”是选择()的意思。S模式二次雷达是由传统A/C模式二次雷达基础上发展起来的。当有限的二次雷达识别码（最多4096个）成为航班量增长的瓶颈时，英国和美国分别开始发展改进系统，英国发展了选择地址二次监视雷达（ADSEL），美国研究了离散寻址信标系统（DABS），1981年英美达成协议将两者合而为一，称为S模式系统[3]。由于S模式基于传统A/C模式，因此S模式完全兼容传统A/C模式。S模式相对于常规A/C模式有以下优点：
（1）S模式二次雷达足以解决传统A/C二次雷达A码（识别码）资源紧张的问题S模式系统为每架飞机提供了单独的24位地址码，总共具有16，777，216个地址码。全球范围内每架飞机的S模式地址在出厂后唯一指定，S模式二次雷达用S模式地址码来代替A码实现识别功能。
（2）询问方式的改变，根本上解决了应答混淆现象S模式雷达发射的询问信号中包含了飞机的地址码，只有地址码相符的飞机才会产生应答，实现了有选择的点名制询问，被点名的回答，未被点名的不回答，因此现在分辨两架飞机有如分辨两个人，即使他们抱在一起也能将他们分开。
（3）询问率和应答率的降低，从根本上减少了雷达间异步干扰的产生由于S模式雷达是点名询问，因此采用S模式后，我们就可降低对目标的询问率，因而也降低了目标的应答率，从而降低了异步干扰的产生。
（4）S模式雷达能够得到比A/C模式雷达更丰富的信息S模式具有地空双向数据交流功能，其中可以携带大量数据信息。通过询问应答模式，可以读取机载应答机BDS寄存器中的信息，因此S模式下雷达输出的数据信息十分丰富，其中包括：飞机航班号、飞机24位地址信息、飞机磁航向、飞机真空速、飞机转弯角等。这些信息便于管制人员了解飞机更详细的状况。
（5）S模式雷达接收的数据更加精准可靠由于应答信号采用了新的调制和编码方式，使解码的误码率大大降低，因此S模式二次雷达所接收到的信息的完整性和可靠性比传统的A/C模式二次雷达高。另外，S模式二次雷达可以提供分辨率为25英尺（7.62米）的高度信息，优于传统的A/C模式分辨率为100英尺（30.48米）的高度信息。目前上海区管中心的主用/备用自动化系统引接了10部S模式雷达，分别是：上海虹桥、南京尹山、南昌生米、福州风洞山、连云港袁闸、青岛流亭、杭州恩瑞特、宁波、合肥、盐城恩瑞特，这10部S模式雷达基本可以覆盖上海大部分区域。
2目前的S模式雷达应用
S模式雷达数据采用的格式为ASTERIX标准中的048类和034类，其中048类是单雷达目标报告001类信息的升级版，034类是单雷达勤务报告002类信息的升级版。以2010年的1.17版048类格式定义为例，与001类所具有的数据项相比，最大的不同是多出了飞机识别信息（航班号I048/240）、24位地址码（I048/210）和ACAS报告（I048/260）等新数据项。在现有空管自动化系统的版本中，S模式信息主用应用于如下几方面：
2.1S模式雷达的融合处理
当系统中S模式雷达信息参加融合时，系统级别的相关会优先考虑S模式的地址码和航班号，系统级别的融合跟踪会采用S模式的雷达信息。S模式雷达输出的信息包括高度信息、A码、飞机识别信息（航班号）SI、飞机24位地址信息SA、信号强度信息、方位信息、时标信息。无论是任何版本的数据类型，包括ASTERIX的CAT048、CAT034、CAT021、CAT02、CAT001等种类信息，监视数据处理能根据数据类型的各个数据项，提取分解目标状态的各个信息，包括高度、位置、方向、速度、呼号、地址等信息，实现单监视信息的相关和跟踪，同时把这些数据融合到系统航迹中，产生信息更全面的系统航迹。
2.2界面显示
通过管制界面菜单栏的弹出的下拉菜单按钮，可供更换使用的航空器识别源包括：（1）和航迹相关的飞行计划的航班呼号(显示为:ACID)；（2）航迹的A/C模式的二次代码(显示为:SSR)；（3）航迹的24位航空器地址码(显示为:24BIT)；（4）航迹的目标航迹识别码(显示为:TRGTID)。通过菜单按键可对管制界面上监视航迹标牌的航空器识别源进行切换显示切换SSR、24位地址码、目标识别码（航班呼号）之间显示切换。
2.3自动相关
自动相关是基于比较监视航迹中送来的信息和飞行计划数据之间的信息，综合采用以下相关因素：TargetID（航班呼号）、TargetADD（24位地址码）、ASSR、PSSR四个因素的权值，并可以离线配置这些相关因素，综合权值最高的航迹与计划对优先做相关判断。这样可以充分利用S模式的信息进行相关，极大的提升了相关的准确性。
2.424位地址码重码告警
在现有空管自动化系统版本中，若发现飞行器出现相同TARGETADDRESS，在管制界面出现DUPE重码告警功能。
3S模式雷达应用过程中的问题
3.1航空公司输入不准确问题
在S模式雷达运行初期，存在着部分航空公司在FPL中输入错误的航空器24BITCODE甚至不予输入，一些机组在航空器的FMC系统中系统输入与FPL中呼号不符的航班号，或者不予输入，导致不能发挥S模式的功能，为此专门协调相关航空公司，对于具备S模式的航空器，在填报或拍发FPL是能在报文第18编组中正确输入该航空器唯一的24BITCODE，并且机组在航空器的FMC系统规范输入与FPL中呼号保持一致的航班号。
3.2机载设备24bit重码问题
在现有THALES自动化系统版本中，若发现飞行器出现相同TARGETADDRESS，在管制界面出现DUPE重码告警功能。按常规，这种DUPE不应该存在，因为24bit是飞机全球唯一的标识，不应该有重复。但是，上海曾出现3次此类告警，出现此类告警时，由于DUPE还有二次代码重码的含义，所以一般管制员会修改航班的二次应答机，但是告警始终无法消除，给管制工作带来影响。
4S模式雷达在今后的新应用
4.1S模式下行数据的显示
新应用中加入了S模式下行数据飞行员选择高度，飞机航向，飞机地速等等显示。具体实现：可以在管制界面增加一个DownlinkDatawindow，当在管制界面上选中一架航班时，该航班的某些下行数据将在该窗口中显示。
4.2显示航班呼号
在新应用中，当出现没有相关的S模式航迹时，管制界面上将同时显示SSR及TargetID（航班呼号），这样管制员可以获得更多的飞机识别信息。
4.3呼号不一致告警
在新应用中，当相关的航迹中的航班呼号与S模式雷达探测到的下行数据中的航班呼号不一致时，将会产生告警。这样可以提醒管制及时发现，避免错误相关导致的错误管制。
4.4CFL不一致告警
当S模式下行数据中的飞行员选择高度与飞行计划数据中管制员指令高度不一致时，将会产生告警。提醒管制员和飞行员核对飞行高度。
5结束语
目前上海自动化系统是2015升级新版本之后，才刚刚开始真正对S模式雷达数据进行应用，S模式有许多下行数据，自动化系统对这些数据的应用也只处于初步研究阶段，大多数数据也仅是供管制员显示，真正能应用的数据也只是航班号，地址码和飞行员选择的高度。并且，有些数据需要航空公司，飞行员的配合才能正确使用。对于S模式数据的应用，国外自动化系统也没有更多的经验可以借鉴。所以，今后也需要飞行员、管制员、技术人员一起，共同对这些数据的进行研究，其应用之路将是任重而道远。
参考文献：
[1]中国民用航空ADS-B实施规划.中国民用航空局，2012.
[2]MH4010-2000空中交通管制二次监视雷达设备技术规范.中国民用航空局，2000.
雷达技术范文3
《激光雷达技术原理》以测量学和数据处理理论和方法为基础，讲授激光雷达技术的基本原理和数据后处理方法，同时结合实际案例讲解激光雷达技术在测绘、地质和工程等领域的应用前景和亟待解决的问题。由于激光雷达是一项测绘新技术，国内还没有成熟的教材，因此结合国际上较为权威的专著《AirborneandTerrestrialLaserScanning》［5］以及国内外相关的研究和应用成果自编了教程，对学生采取了“了解—新型传感器原理”“熟悉—激光扫描仪操作”和“掌握—激光点云数据后处理方法”的教学模式，以达到从理论到实践的教学效果。
1．1了解新型传感器原理
首先，以学生熟悉的全站仪为对照，让学生了解激光雷达是一种集成了多种高新技术的新型测绘仪器，具有非接触式、精度高(毫米级/亚毫米级)、速度快(可达120万点/秒)、密度大(点间距可达毫米级)的优势，且数据采集方式灵活，对环境光线、温度都要求较低。其次，让学生理解LiDAR的测量原理主要分极坐标法和三角测量法两种。其中，对于极坐标法测量，使学生了解测距的关键在于时间差的测定，引出两种常用的测时方法:脉冲法和相位法;让学生理解直接测时和间接测时的区别以及各自的优缺点，从而进一步了解脉冲式和相位式激光扫描设备的优势、局限性以及应用领域。最后，通过介绍激光雷达采集数据的扫描方式，让学生了解不同平台上的激光雷达传感器的工作特点，如固定式激光扫描仪适合窗口式和全景式扫描，车载、机载以及星载平台适合移动式扫描等。
1．2熟悉激光扫描仪操作
考虑到各类平台激光雷达的作业特点以及现有设备的情况，《激光雷达技术原理》课程以地基三维激光扫描仪为重点，让学生熟悉仪器的外业操作。尽管激光扫描仪数据采集的自动化程度较高，外业采集仍然需要解决扫描设站方案设计和不同扫描站间连接点选择等问题，要求学生在熟悉激光扫描仪软硬件操作的同时，还要掌握激光扫描仪外业采集方案的设计:踏勘工作区，分析研究最优化的扫描设站方案和坐标转换控制点选择，画出相关的设计草图，并设置主要扫描设站的标志。要求设站位置既要保证与相邻站的重叠，又要覆盖尽量大范围的被扫描对象，以减少设站数，从而提高外业数据采集效率。
1．3掌握激光点云数据后处理方法
利用点云数据可视化与点云原始存储格式之间的明显反差，让学生了解激光点云数据后处理的重要性和难点，及其已成为制约激光雷达技术应用瓶颈的现状。根据学生的理解程度，选取了点云的拼接/配准、点云的滤波和分类、点云的分割和拟合等后处理方法，要求学生掌握相关的算法并编程实现。
1．3．1点云的拼接/配准点云拼接是将2个或2个以上坐标系中的大容量三维空间数据点集转换到统一坐标系统中的数学计算过程。要求学生掌握如何解决点云拼接的两个关键问题:同名特征的配准以及旋转矩阵的构造。对于同名特征的配准，使学生了解常用配准方法的特点和适用范围，如ICP方法适合用于精拼接，而基于特征面的方法对场景特征分布要求较高等。着重让学生掌握最常用的人工标靶识别，以及特征面匹配，后者有别于学生所熟知的点特征匹配;对于旋转矩阵的构造，拓展学生在《摄影测量学》［6］中学习的基于欧拉角的旋转矩阵构造，掌握角－轴转角系和单位四元数方法。
1．3．2点云的滤波和分类要求学生了解滤波和分类的目的是解决激光脚点在三维空间的分布形态呈现随机离散的问题。掌握基于高程突变和空间形态学的点云滤波和分类方法。让学生理解单一的信息量会导致算法不稳健，从而引出多源数据融合的思路。目前，已经有很多激光扫描仪生产厂商推出的新产品中实现了多传感器平台的集成，如激光扫描仪会搭载小像幅的数码相机，甚至有些系统还提供由集成传感器生成的红外影像。每种数据源都有其自身的优点和局限性，将多源数据融合能够弥补各个单数据源的局限性，增大信息量，从而提高滤波和分类方法的稳健性。
1．3．3点云的分割和拟合要求学生掌握实现点云分割的相似性原则:平面性、曲面平滑度和邻域法向，以及常用的点云分割方法表面生长法。考虑到点云拟合是由离散激光点坐标计算特征模型参数的过程，要求学生掌握点云拟合中两个主要问题的解决方法:粗差剔除及最优解获取。
2实践教学法
实践教学是卓越工程师培养体系中一个重要的组成部分。作为技术性的测绘工程学科，除应用测量仪器采集数据、应用计算机处理数据的基本能力外，还需要构建实践教学体系以培养学生在实践中选用适当的理论、技术、仪器设备和作业方法解决测绘工程与地理空间信息产品生产实际问题的能力，从而使学生接受测绘工程与地理空间信息产品生产方案设计、实施以及实际应用中测绘工程解决方案确定等系统化训练。《激光雷达技术原理》课程实习要求学生全面应用所学知识，利用实习场地，依据实习目的和要求在老师的指导下分组独立完成全部实习内容。实习仪器为中国地质大学(北京)遥感地理信息工程教研室使用教育部采购专项购买的RIEGLLMSZ620三维激光扫描仪。《激光雷达技术原理》课程实习的目的主要是使学生通过三维激光扫描仪的使用，进一步巩固和加深理解相关理论知识和技术方法。要求熟悉三维激光扫描仪数据采集与处理(包括DEM、等高线和剖面图生成以及三维建模等)的全过程。通过实践性教学，不仅能够让学生掌握基本的软、硬件使用操作方法和LiDAR测量项目的作业流程，而且能够加深学生对所学专业理论知识的理解。培养学生的应用能力、创新能力以及严肃认真、实事求是、吃苦耐劳、团结协作的精神。要求学生必须参加每一个实习环节，协作完成实习任务，独立完成实习报告。实习内容主要包括以下部分。
2．1三维激光扫描
数据的外业采集要求学生分组完成测区划分和踏勘，确定测站位置，根据测区地形，设计外业数据采集方案，完成外业设站、反射标靶布设和数据采集工作。学生需要完成校园内建筑物点云数据和奥林匹克森林公园地形点云数据的采集。
2．2点云数据预处理
要求学生分别利用随机软件RiSCANPRO和上机C语言编程对外业采集的三维点云数据进行预处理，包括点云数据的滤波和拼接。
2．2．1点云滤波1)手动滤波要求学生利用RiSCANPRO对点云数据进行滤波。RiSCANPROv1．7．0有两种模式，即Filterdata和Terrainfilter。前者针对一般数据，后者对于提取地形的数据有明显效果。2)自动滤波要求学生上机应用C语言编程实现数学形态学方法、移动窗口滤波法、迭代线性最小二乘内插法、基于可靠最小值的滤波方法等常用的地形滤波算法，对外业采集的数据进行滤波，并对各算法的结果进行比较和分析。图1为学生基于虹湾地区嫦娥一号激光测高数据，利用五种滤波方法滤波后的数据点残差值分布图［7］。
2．2．2点云拼接1)基于反射标靶的点云拼接要求学生利用RiSCANPRO软件，结合外业数据采集时布设的标靶连接点，对地形和建筑物点云数据进行拼接。激光点云数据的拼接有两种方式:公共反射体的方式和采用使所有的反射体处于同一坐标系统的方式。在实际操作过程中，要求学生对两者结合使用，以期达到更好的拼接效果。2)基于特征面的点云拼接要求学生在对点云进行拟合的基础上，选取至少三对相互正交的特征面，利用C语言上机编程，实现基于特征面的点云拼接，并与单纯基于点的拼接结果进行对比，分析不同方法的优缺点。
2．2．3地形数据处理对地形数据的处理主要包括三角化、平滑、生成等高线和剖面。三角化参数的设置可参考量测工具量测出的点云中两点之间的距离初步设定，这个值可适当调整，目的在于使图中的点云数据彼此之间能尽量大面积地构成三角网;要求学生对已经完成三角化的数据进行平滑处理;针对已经完成平滑的数据，利用RiSCANPRO软件生成等高线。剖面图的显示既可以针对三角化之前的数据，也可以针对三角化之后(包括完成平滑的数据)来操作。
2．2．4建筑物几何模型重建针对《激光雷达技术原理》数据处理方法的教学内容，指导教师结合自身的研究成果组织研究生开发了点云分割和拟合以及三维建模等软件模块，考虑到学生的掌握程度和实用性，要求学生在利用软件模块实现点云数据分割和拟合的基础上，利用AutoCAD软件手工建立建筑物的几何三维模型，基于3DSMAX软件建立建筑物纹理模型。图2为暑期教学实习中指导学生利用商业软件和自主开发的软件模块重建的地大校园主要建筑物的三维模型。
3结束语
雷达技术范文4
关键词：探地雷达；数据处理；混凝土密实性探测；应用前景
中图分类号：TV331文献标识码： A
0 前言
探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)是用高频无线电波来确定介质内部物质分布规律的一种探测方法。探地雷达有许多名称，如地面探测雷达、地下雷达、地质雷达、脉冲雷达和表面穿透雷达等，探地雷达是目前应用比较广泛的名称（曾昭发，刘四新，冯等，探地雷达原理与应用，北京：电子工业出版社，2010）。探地雷达发明于20世纪初叶，并在20世纪90年代以后逐渐成熟起来，由于具有高效、无损和高分辨率等优点，在水利行业有着广阔的应用前景。
1探地雷达的基本原理
探地雷达检测原理类似于探空雷达和地震反射技术，是地球物理方法中的一种高分辨率、高效率的探测方法，是二十世纪地球物理探测科学的结晶。探地雷达方法将高频电磁波（1MHz～1GHz）以脉冲的形式通过发射天线送入地下。电磁波在地下介质中传播时，当遇到存在电性差异的地层或目标体时，会发生反射和折射，反射回地面的电磁波被接收天线所接收和被雷达系统采集和显示。在对采集到的雷达波进行数据处理的基础上，根据雷达波的频率、振幅和相位等特征，推断地下介质或目标体的空间位置、形态特征和埋藏深度，从而达到对地下地层或目标体探测的目的。
电磁波从发射天线发射到被接收天线所接收，行程时间t为：
式中，t为电磁波行程时间；Z为反射界面深度；X为发射天线到接收天线间的距离；V为电磁波在介质中的传播速度；C为光速（C=0.3m/ns）；εr为介质的相对介电常数。当速度V已知时，通过对雷达剖面上反射信号旅行时间的读取计算反射界面的埋藏深度Z值。
图1 探地雷达的电磁波传播示意图
2探地雷达数据处理方法
对于采集到的雷达数据，应进行必要的处理。数据处理不应消除或增加目标特征，也不应改变数据所蕴含的目标特征本身，但应有助于解译。增益调整和滤波是数据处理的关键。常用的探地雷达数据处理方法有：
（1）距离归一化，目的是确定目标的桩号位置。
（2）一维频率滤波，用来消除低频干扰。滤波时，如果通频带选得太窄，滤波处理就会将真实数据的有用频谱成分去除。合适的准则是将通频带选在沿中心频率对称分布的区段，其带宽一般可设置为中心频率的1.5倍。但是，由于采集到的数据的中心频率往往比标称的天线频率低，滤波器参数设置应考虑这一点。
（3）反褶积处理，通过压缩子波，并消除多次波，在雷达地层上只保留地层波阻抗差产生的反射系数，从而提高雷达剖面分辨率（地质雷达探测原理与方法研究，杨峰，彭苏萍，北京：科学出版社，p82）。反褶积过程实际上是抵消大地的滤波作用（何樵登，熊维纲，应用地球物理教程―地震勘探，地质出版社，1991年10月）。
（4）二维滤波，当有效波和干扰波的频谱比较接近时，很难用一维频率滤波消除干扰，如果干扰波和有效波存在视速度差异，则可进行视速度滤波，这种滤波是一种空间域的滤波，电磁波波动是时间和空间的函数。
（5）偏移滤波，用于消除侧反射和绕射波，突出介质内部的细微结构变化。
（6）增益调整与色阶变换，增强目标层位的信号幅度，增强目标层位的视觉感。增益调整可以使雷达剖面上各有效波的能量均衡，这种处理便于有效波的追踪，也利于弱信号的对比。
3.工程应用实例
吉林省境内某水电站坝体溢洪道表面有一定的冲刷剥蚀，为深入了解堰体内部混凝土密实状况，采用美国劳雷SIR-3000型雷达配以400MHz天线进行了探测，测线间距为1m，探测模式为连续测量。图2为混凝土不密实区域的雷达图像，可以看出，不密实区域的电磁性质与密实区域相比有差异，因此雷达回波的振幅在横向上将发生改变，在纵向上表现为强反射，在雷达剖面上显示为局部异常。
图3中方框所示为堰体内部探测到的孔洞的图像，这里电磁波首波为负波，当电磁波经过混凝土遇到孔洞时，电磁波实际上由低速介质进入高速介质，因此会发生强反射，但不反相，振幅仍为负相位，据此可以判断孔洞的位置。
4．总结
由于具有快速、高效、无损和高分辨率等优点，探地雷达技术在水利行业有着广阔的应用前景，特别是以下几个方面：
（1）工程勘察。具体包括地下断层探测、地质层分界面探测和地下溶洞探测等。断层是指地层发生错动，并且在断点附近，地层往往出现绕射。地层分界面产状对地表构造物的建造具有重要意义，采用探地雷达精确探测地层分界面，可为地上构筑物岩土工程设计提供依据。
雷达技术范文5
关键词：LiDAR；铁路勘察设计，DEM；DLG
中图分类号：TN958.98文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 03-0000-02
Airborne LIDAR Technology in Railway Survey and Design Application and Benefit Analysis
Han Zujie
(Railway Third Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Tianjin300142,China)
Abstract:Airborne laser radar technology (LiDAR) is a new remote sensing technology,because of its high precision and efficiency,in terms of rapid development of topographic mapping,currently nearly 20 sets of LiDAR systems.This paper studies LiDAR technology in railway engineering survey and design the content,products,and effects,on the basis of aerial photogrammetry and traditional methods are compared to prove LiDAR technology in the railway survey and design of the feasibility and superiority.
Keywords:LiDAR;Railway survey and design;DEM;DLG
一、引言
机载激光雷达技术（LiDAR）是一种全新的遥感技术，自上世纪90年代在德国首次出现商用样机系统以来，因其高精度和高效率，在地形测绘方面得到快速发展。目前，全球已经有几十套商用系统在使用，主要实用系统有：Topscan、Optech、TopEye、Saab、Fli-map、TopoSys、HawkEye、Leica ALS50/60系列、Falcon等。
上世纪90年代中后期至今，美国、德国、加拿大、澳大利亚、瑞典和芬兰等国家，先后成功应用这项技术进行了地形测量、森林资源调查与评估、三维城市建模等试验与工程实践。特别是芬兰和德国，已经采用这项技术建立了全国或者大部分国土的DEM，达到了理想的效果。目前在国内已经有接近20套LiDAR设备，其中，北京星天地信息科技有限公司、山西亚太数字遥感新技术有限公司、广西桂能信息工程有限公司、广州建通测绘技术开发有限公司以及东方道迩公司等单位已经先后开展了实验和工程飞行，主要用于生产数字高程模型（DEM）、正射影像（DOM），进而制作线划图（DLG）等。本研究将使用LiDAR技术对铁路勘察工程设计进行研究与试验，介绍其主要产品及应用并对经济效益进行评价。
二、机载激光雷达技术系统构成与工作原理
（一）机载激光雷达技术简介
LiDAR系统是一种新型的综合应用激光测距仪、IMU、GPS的快速测量系统，可以直接测得地面物体各个点的三维坐标。机载的激光雷达系统通常还集成高分辨率数码相机，用于获取目标影像。从功能上看，机载激光扫描系统是基于激光测距技术、GPS技术和惯性导航技术这三种技术集成的一个软硬件系统，其主要目的是为了获取高精度的数字表面模型（DSM）。
目前，LiDAR提供的直接数据产品为：点云数据，DSM，DEM，DOM。经过后处理可以快速生成等高线、高程点、横纵断面图，完成路线设计需要的专项测绘内容（如架空管线的净空、交叉角度测绘等），并提供工程设计模型和景观设计模型等。
（二）LiDAR的主要系统构成
主要系统构成包括：
1.扫描仪组件：激光发射器、激光信号接收器、机械组件、扫描镜及窗口、接口板。
2.设备支持系统：系统控制器、飞机位置及姿态测量系统、检流控制器、激光电源、电源分配器、控制计算机、连接电缆。
3.附属软件：包括项目飞行设计及对记录数据进行后处理（滤波、分类等）处理。
4.控制/显示器：激光发射指标器、音频告警器、电路熔断器、系统诊断数据输出、控制接口。
（三）主要工作原理
通过DGPS（或PPP）和IMU求得航机线上任意采样时刻激光发射中心的空间坐标和设备的空间姿态，内插后能够获取任意时刻激光光束的姿态和发射中心的空间坐标，通过激光测量激光发射中心到地面的距离，可以求得每一个激光脚点的空间三维坐标。另外，利用DGPS/IMU可以直接获取每一张照片的外方位元素，可以快速制作DOM成果。最后将激光点数据和数码影像进行联合处理得到高精度的正射影像和数字高程模型。
三、机载激光雷达的应用
机载激光雷达能够快速获取数字地表模型（DSM），同时，配套的中画幅数码相机可以获得同步的数码相片，经过加工处理可获得数字高程模型、分类信息、航空相片的立体像对和正射影像图。目前还没有成熟的专业接口供铁路勘察设计工程中使用机载激光雷达成果，因此，如何将机载激光雷达勘测成果与众多设计专业手段无缝结合，从海量基础信息中快速提取或检索有用的信息为各专业设计所用，是机载激光雷达技术应用于铁路勘察设计的关键。
结合铁路勘察设计特点和工程应用实践，一方面将机载激光雷达技术成果进行加工，提供满足专业应用的专题成果，另一方面，改进专业设计勘察设计流程，提出新的设计理念，以便更加有效地利用海量的基础信息，提高设计质量和设计效率。
利用机载激光雷达技术提供的高精度、高分辨率数字地面模型和正射影像图，结合铁路专业设计要求，主要生产以下几种产品（见图4）：
1.工点地形图。它是针对铁路设计的控制工点，在施工图阶段做的更加详细的勘测工作，以保证设计资料的精度和准确性。如：桥址地形、隧道进出口等；
2.断面图。主要包括纵断面和横断面，一般它们的精度高于地形图的精度。主要用于保证设计线路的平顺性和计算工程数量的准确性；
3.数字正射影像地形图。这是线划图的替代产品，通过将正射影像图叠加等高线、专业调查的地质界线、自然保护区等矢量信息，而形成的一种地形图，它的信息量更加丰富，更加直观；
4.专项测绘。针对特殊的专业需求而进行的详细勘测工作。如：水文断面、涵轴测量、电线垂度等；
5.工程中的土石方自动计算、坡度、坡向的计算等；
6.快速构建三维虚拟场景，城市建模等。
此外，还可利用高分辨率的影像进行专业调查、地质判视等，便于指导外业工作，提高外业勘测的针对性和合理性。
四、技术、经济效益和推广应用前景
（一）机载激光雷达测量技术与常规航测方法的经济比较
1.两种技术手段外业控制测量的比较。LIDAR所需的外业控制点与常规航测外控的比较，以II级地形1：2000航测地形图测绘（常规航测单航带100km）为例。
（1）首级平面和高程控制网工作内容和数量是基本相同的。
（2）LIDAR系统要求每5-7km测量一个平面和高程控制点，每30km测量一处高程校正区，这样100km线路需要布设平高控制点17个，高程校正区3个。而常规航测方法，采用150mm焦距的航摄仪拍摄，需要75个平高控制点；采用210mm焦距的航摄仪拍摄，需要150个平高控制点。
（3）LIDAR系统不因地形等级的变化而改变外业平高控制点的数量（适当的宽度，如不大于10km）。而常规航测方法会随着宽度的增加而成倍增加外控点的数量。
2.横断面切绘的经济比较。以张唐铁路定测为例，相对于采用Lidar技术平均1000-1200个横断面/人天的工作效率，常规航测方法每人每天只能切绘300-400个横断面，可见工作效率提高了3-4倍，对企业发展带来了巨大的经济效益。
3.地形图制作的经济比较。以II级地形1：2000地形图测绘为例。
因为LIDAR具有高效生成DEM的优势，所以在生成等高线、高程点等具有高程信息的地形信息时具有更高的效率，在这个方面，采用Lidar技术平均效率为12-15平方公里/（人.天），常规航测方法每人每天只能测绘2-3平方公里；
航测方法在立体模型下获取（除等高线、高程点之外）矢量信息具有更大的优势，而LIDAR则因其自身离散性获取能力比较弱，适合于小面积的（除等高线、高程点之外）矢量信息获取。
（二）成功案例及分析
经过试验与实践，LiDAR技术已成功用于多个铁路项目的勘测设计项目，减少了内业制图的压力，缩短了项目工期，在铁路各专业使用中反映良好，取得了显著的经济效益。以某工程为例，泛亚铁路某段全长257Km，由于距离遥远，地处国外，而且铁路过境区域存在大量地雷区域，给外业工作带来极大不便。考虑到地理因素和方案局部变动的因素，项目在实际操作中抛弃传统外业测量加航测制图的作业方式，直接采用机载激光雷达系统，一次性获取铁路过境区域长257km，宽4km的雷达点云数据和数码影像数据，利用该数据圆满完成了无外业控制测量情形的1：10000和1：2000的地形图成图任务，不仅避免了人力物力消耗和地雷区作业的危险性，而且在内业成图中，大胆使用数字正射影像地形图代替传统的DLG，取得了制作者和使用者均满意的双赢局面。
（三）推广应用前景
机载激光雷达测量技术具有巨大的发展空间和潜力，作为一种新技术，还有许多发展空间，特别是在数据处理算法以及软件和系统的开发等方面。随着用户数量的增加，其应用领域将越来越广，特别是随着激光技术的进一步发展，将促进机载激光雷达技术的革新。在铁三院于2009年率先在国内将机载激光雷达技术应用于铁路勘察设计并取得巨大成功后，今年铁一院、铁二院、铁四院都陆续定购了机载激光雷达并加大了人力投入，可见由于其精度高、成本低、周期短等特点在铁路行业已经被广泛关注。铁路行业之外，水利、公路、电力、农林等行业也在积极开展相关的研究和应用。
参考文献：
[1]孟宪军.铁路勘察设计虚拟现实技术的研究[J].高速铁路精密测量理论及测绘新技术应用国际学术研讨会论文集
[2]王长进.基于机载激光雷达的铁路勘测技术研究[J].高速铁路精密测量理论及测绘新技术应用国际学术研讨会论文集
[3]高文峰,王长进.铁路勘测中使用机载激光雷达测绘横断面相关问题的探讨[J].铁路航测,2010
[4]高文峰,王长进.GPS基站布设对机载激光雷达精度影响的研究[J].高速铁路精密测量理论及测绘新技术应用国际学术研讨会论文集
[5]徐祖舰.机载激光雷达测量技术及工程应用实践[M].武汉:武汉大学出版社,2009
雷达技术范文6
关键词： 地质雷达，路面检测，技术简述
Abstract: this paper expounds the working principle of geological radar, this paper introduces the development situation of geological radar, this paper introduces the technology in the road surface testing field application direction, finally to the technology in highway engineering application in the field of disadvantages.
Keywords: geological radar, the road test, this technology
中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：
近年来，随着我国公路建设规模的不断增加，相关的质量检测任务日益加重。然而，公路路面结构的破坏常常始于各种隐蔽的或不可见的隐患，针对上述隐患检测的传统方法又不能及时、准确地检测及判断隐患的具体情况。这就使得路桥结构的维护针对性差、盲目性大，而真正的问题却得不到解决。20世纪80年代后期，地质雷达技术被应用到公路工程的检测领域，才为该类问题的解决打开了局面。
地质雷达技术简述
地质雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)又称探地雷达、地面探测雷达，是用高频无线电波（频率一般介于1MHz～10GHz）来确定地下或者岩体介质分布状况的一种探测方法。地质雷达利用发射天线向地下或者岩体发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。使用探地雷达对路面结构进行检测具有实时、简便、高效、准确、连续、信息丰富等特点。目前，该项技术已被广泛应用于公路工程质量控制及病害检测中。
1工作原理
地质雷达的工作原理是利用宽频带发射天线过向介质发射无线波电磁脉冲，电磁脉冲在介质传播过程中遇到不同电性介质界面时会产生反射。由接收天线接收到反射信号后，将其传输到主机内并将转化为数字信息，再通过数据、图像分析处理，就能计算出被探测介质的某些参数，从而区分不同介质层面，并确定不同层面物体的深度。
对于不同介质，雷达波的穿透深度是不尽相同的，这主要取决于波的频率和地下介质的电学特性等因素的影响。一般地，频率越高，穿透深度越小；导电率越高，穿透深度越小，反之亦然。在常见的工程材料中，混凝土的导电率高于沥青，因此同样频率的雷达波在水泥中的穿透能力小于在沥青中的穿透能力。在实际应用中，需要针对检测对象材质的不同，采用不同频率的电磁波。例如，在实际检测工作中，探测沥青路面常常使用频率大于1 200MHz的天线，而对于水泥混凝土面层一般使用900MHz～1 000MHz的天线；探测路基可使用频率为300MHz～900MHz的天线。
2发展概况
1910年，德国人Leimbaeh和Lowy首次阐明了地质雷达的基本概念。此后的很长一段时间里，地质雷达技术有了很大改进。但由于电磁波在地下介质中传播的复杂性和不均匀性，使得对地质雷达的研究它仅限于相对均匀、对电磁波吸收较弱的地质环境。1960年，John C. Cook等提出了采用雷达波探测地下介质层并开发了能够探测地下介质的雷达系统。上世纪70年代以后，随着电子技术及现代数据处理技术的迅速发展与应用，许多商业化的探地雷达系统先后问世，其应用范围不断扩大，极大促进了地质雷达技术在工程中的应用。我国针对地质雷达技术在工程领域的应用研究始于上世纪80年代。1983年，铁道部引进了第一台地质雷达。此后，各科研部门经过十几年的不断努力，在雷达硬件设备、目标信号提取、目标识别、目标成像等方面取得重大进展和突破，特别是成功地实现了对地下目标的三维层析成像，大大提高了分辨率和清晰度，使地质雷达在信号处理和成像技术方面进入了世界领先行列。目前在我国，地质雷达技术已经在军事、地质、水利、交通、城建等部门得到广泛应用。
3在公路路面检测中的应用简述
地质雷达技术早期在公路工程检测领域中的应用主要是探测路面结构层的厚度。近几年，人们开始致力于研究应用地质雷达探测路面工程及其相关结构层的病害和缺陷，解决公路工程施工过程和使用期间中的工程问题。本文中通过使用瑞典MALA公司的地质雷达，结合工程实践，对地质雷达在检测路面结构中常见的应用做简单的介绍：
1)公路施工期：检测公路各结构层厚度和密度，及时监控施工质量，并做到在施工现场进行实时质量检测。图1是一段公路的雷达波形图，从图中可以清晰的看到道路的面层、上基层、下基层的分界线，可以由软件识别出指定桩号的各结构层（尤其是面层）层厚，为施工过程中的质量控制提供了有力保障。
图1各结构层层厚分布情况图
2)公路使用期：使用地质雷达对公路定期进行快速、连续检测，结合路面外观普查。检测层间脱空、空隙和破碎区域范围，方便管理部门及时掌握公路质量变化情况，实施补救措施，并进行道路状况动态管理，为公路养护提供可靠的依据。图2方框中所示为新铺路面与原有旧路面结合处有填料不密实现象，图3方框中所示为路面与基层之间存在脱空或者高含水区域。
图2新铺路面与原有旧路面结合处填料不密实
图3路面与基层间脱空或高含水区域
4 结论
