激光雷達是激光技術與雷達技術相結合的產(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。發(fā)射機是各種形式的激光器，如二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器、半導體激光器及波長可調諧的固體激光器等；天線是光學望遠鏡；接收機采用各種形式的光電探測器，如光電倍增管、半導體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測器件等。激光雷達采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測方法分直接探測與外差探測。

自從1839年由Daguerre和Niepce拍攝第一張像片以來，利用像片制作像片平面圖（X、Y）技術一直沿用至今。到了1901年荷蘭人Fourcade發(fā)明了攝影測量的立體觀測技術，使得從二維像片可以獲取地面三維數(shù)據(jù)（X、Y、Z）成為可能。一百年以來，立體攝影測量仍然是獲取地面三維數(shù)據(jù)最精確和最可靠的技術，是國家基本比例尺地形圖測繪的重要技術。

隨著科學技術的發(fā)展和計算機及高新技術的廣泛應用，數(shù)字立體攝影測量也逐漸發(fā)展和成熟起來，并且相應的軟件和數(shù)字立體攝影測量工作站已在生產(chǎn)部門普及。但是攝影測量的工作流程基本上沒有太大的變化，如航空攝影－攝影處理－地面測量（空中三角測量）－立體測量－制圖（DLG、DTM、GIS及其他）的模式基本沒有大的變化。這種生產(chǎn)模式的周期太長，以致于不適應當前信息社會的需要，也不能滿足“數(shù)字地球”對測繪的要求。

LIDAR測繪技術空載激光掃瞄技術的發(fā)展，源自1970年，美國航天局（NASA）的研發(fā)。因全球定位系統(tǒng)（Global PositioningSystem、GPS）及慣性導航系統(tǒng)（InertialInertiNavigation System、INS）的發(fā)展，使精確的即時定位及姿態(tài)付諸實現(xiàn)。德國Stuttgart大學于1988到1993年間將激光掃描技術與即時定位定姿系統(tǒng)結合，形成空載激光掃描儀（Ackermann－19）。之后，空載激光掃瞄儀隨即發(fā)展相當快速，約從1995年開始商業(yè)化，目前已有10多家廠商生產(chǎn)空載激光掃瞄儀，可選擇的型號超過30種（Baltsavias－1999）。研發(fā)空載激光掃瞄儀的原始目的是觀測多重反射（multiple echoes）的觀測值，測出地表及樹頂?shù)母叨饶Ｐ�。由于其高度自動化及精確的觀測成果用空載激光掃瞄儀為主要的DTM生產(chǎn)工具。

激光掃描方法不僅是軍內(nèi)獲取三維地理信息的主要途徑，而且通過該途徑獲取的數(shù)據(jù)成果也被廣泛應用于資源勘探、城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)開發(fā)、水利工程、土地利用、環(huán)境監(jiān)測、交通通訊、防震減災及國家重點建設項目等方面，為國民經(jīng)濟、社會發(fā)展和科學研究提供了極為重要的原始資料，并取得了顯著的經(jīng)濟效益，展示出良好的應用前景。低機載LIDAR地面三維數(shù)據(jù)獲取方法與傳統(tǒng)的測量方法相比，具有生產(chǎn)數(shù)據(jù)外業(yè)成本低及后處理成本的優(yōu)點。目前，廣大用戶急需低成本、高密集、快速度、高精度的數(shù)字高程數(shù)據(jù)或數(shù)字表面數(shù)據(jù)，機載LIDAR技術正好滿足這個需求，因而它成為各種測量應用中深受歡迎的一個高新技術。

快速獲取高精度的數(shù)字高程數(shù)據(jù)或數(shù)字表面數(shù)據(jù)是機載LIDAR技術在許多領域的廣泛應用的前提，因此，開展機載LIDAR數(shù)據(jù)精度的研究具有非常重要的理論價值和現(xiàn)實意義。在這一背景下，國內(nèi)外學者對提高機載LIDAR數(shù)據(jù)精度做了大量研究。

由于飛行作業(yè)是激光雷達航測成圖的第一道工序，它為后續(xù)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理提供直接起算數(shù)據(jù)。按照測量誤差原理和制定“規(guī)范”的基本原則，都要求前一工序的成果所包含的誤差，對后一工序的影響應為最小。因此，通過研究機載激光雷達作業(yè)流程，優(yōu)化設計作業(yè)方案來提高數(shù)據(jù)質量，是非常有意義的。

LIDAR是一種集激光，全球定位系統(tǒng)（GPS）和慣性導航系統(tǒng)（INS）三種技術與一身的系統(tǒng)，用于獲得數(shù)據(jù)并生成精確的DEM。這三種技術的結合，可以高度準確地定位激光束打在物體上的光斑。它又分為目前日臻成熟的用于獲得地面數(shù)字高程模型（DEM）的地形LIDAR系統(tǒng)和已經(jīng)成熟應用的用于獲得水下DEM的水文LIDAR系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)的共同特點都是利用激光進行探測和測量，這也正是LIDAR一詞的英文原譯，即：LIght Detection And Ranging － LIDAR。

激光本身具有非常精確的測距能力，其測距精度可達幾個厘米，而LIDAR系統(tǒng)的精確度除了激光本身因素，還取決于激光、GPS及慣性測量單元（IMU）三者同步等內(nèi)在因素。隨著商用GPS及IMU的發(fā)展，通過LIDAR從移動平臺上（如在飛機上）獲得高精度的數(shù)據(jù)已經(jīng)成為可能并被廣泛應用。

LIDAR系統(tǒng)包括一個單束窄帶激光器和一個接收系統(tǒng)。激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖，打在物體上并反射回來，最終被接收器所接收。接收器準確地測量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時間。因為光脈沖以光速傳播，所以接收器總會在下一個脈沖發(fā)出之前收到收到前一個被反射回的脈沖。鑒于光速是已知的，傳播時間即可被轉換為對距離的測量。結合激光器的高度，激光掃描角度，從GPS得到的激光器的位置和從INS得到的激光發(fā)射方向，就可以準確地計算出每一個地面光斑的坐標X，Y，Z。激光束發(fā)射的頻率可以從每秒幾個脈沖到每秒幾萬個脈沖。舉例而言，一個頻率為每秒一萬次脈沖的系統(tǒng)，接收器將會在一分鐘內(nèi)記錄六十萬個點。一般而言，LIDAR系統(tǒng)的地面光斑間距在2－4m不等。

激光雷達是一種工作在從紅外到紫外光譜段的雷達系統(tǒng)，其原理和構造與激光測距儀極為相似。科學家把利用激光脈沖進行探測的稱為脈沖激光雷達，把利用連續(xù)波激光束進行探測的稱為連續(xù)波激光雷達。激光雷達的作用是能精確測量目標位置（距離和角度）、運動狀態(tài)（速度、振動和姿態(tài)）和形狀，探測、識別、分辨和跟蹤目標。經(jīng)過多年努力，科學家們已研制出火控激光雷達、偵測激光雷達、導彈制導激光雷達、靶場測量激光雷達、導航激光雷達等。