中科院廣州電子激光雷達(dá)市場(chǎng)調(diào)查分析報(bào)告

激光雷達(dá)市場(chǎng)調(diào)查匯報(bào)目錄1.激光雷達(dá)分類2．中國關(guān)鍵激光雷達(dá)研究單位3.優(yōu)異激光雷達(dá)技術(shù)研究舉例4.現(xiàn)在市場(chǎng)上常見激光雷達(dá)激光器及其最大發(fā)射頻率5.激光雷達(dá)應(yīng)用領(lǐng)域市場(chǎng)6.國外激光雷達(dá)企業(yè)名目7.中國激光雷達(dá)企業(yè)名目1.激光雷達(dá)分類從實(shí)際工程和應(yīng)用角度來說，激光雷達(dá)分類方法繁多:根據(jù)激光波段來分，有紫外激光雷達(dá)、可見激光雷達(dá)和紅外激光雷達(dá)等。根據(jù)激光器工作介質(zhì)分，有固體激光雷達(dá)、氣體激光雷達(dá)、半導(dǎo)體激光雷達(dá)、二極管泵浦固體激光雷達(dá)等。根據(jù)激光發(fā)射波形分，有脈沖激光雷達(dá)、連續(xù)調(diào)制激光雷達(dá)等。按功效用途來分，有激光測(cè)距雷達(dá)、激光測(cè)速雷達(dá)、激光測(cè)角和跟蹤雷達(dá)、激光成像雷達(dá)、大氣探測(cè)激光雷達(dá)和生物激光雷達(dá)等。根據(jù)激光雷達(dá)載荷平臺(tái)可分為便攜式激光雷達(dá)、地基激光雷達(dá)、車載激光雷達(dá)、機(jī)載激光雷達(dá)、船載激光雷達(dá)、星載激光雷達(dá)和彈載激光雷達(dá)等。根據(jù)激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)不一樣，能夠分為直接探測(cè)激光雷達(dá)和相干探測(cè)激光雷達(dá)兩種類型。根據(jù)體制來分，有多普勒激光雷達(dá)、合成孔徑成像激光雷達(dá)、差分吸收激光雷達(dá)、相控陣激光雷達(dá)等。鑒于激光雷達(dá)能全天時(shí)對(duì)地觀察，受地面背景、天空背景干擾小，并含有高分辨率和高靈敏度，激光雷達(dá)能夠廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋探測(cè)、森林調(diào)查、地形測(cè)繪、深空探測(cè)、軍事應(yīng)用等方面。2．中國關(guān)鍵激光雷達(dá)研究單位：中科院安徽光機(jī)所、中科院上海光機(jī)所、中科院武漢物數(shù)所、中科院空間中心、中國海洋大學(xué)、武漢大學(xué)、西安理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、中國科技大學(xué)、中國電子科技集團(tuán)、北京遙測(cè)技術(shù)研究所等單位。其中，中國海洋大學(xué)較早開始基于高譜分辨激光雷達(dá)氣溶膠及風(fēng)場(chǎng)探測(cè)工作，還為中歐開展龍計(jì)劃Ⅱ開發(fā)了新型地基激光雷達(dá)。中科院安徽光機(jī)所在激光雷達(dá)設(shè)備研制上積累了多年經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)了多個(gè)激光雷達(dá)，取得了很好應(yīng)用效果。中國科技大學(xué)研發(fā)了米-瑞利-鈉熒光和多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)。西安理工大學(xué)發(fā)展了多套不一樣類型激光雷達(dá)。中科院上海光機(jī)所和中國電子科技集團(tuán)分別研發(fā)了測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)。北京理工大學(xué)最近也研制了一臺(tái)拉曼-米散射激光雷達(dá)進(jìn)行氣溶膠探測(cè)。中科院光電研究院還和法國科學(xué)家合作進(jìn)行機(jī)載激光雷達(dá)探測(cè)研究。3.優(yōu)異激光雷達(dá)技術(shù)研究舉例：大氣氣溶膠探測(cè)大氣氣溶膠是指懸浮在大氣中直徑約為100μm以下液體或固體微粒體系，地面揚(yáng)塵、沙塵暴、林火煙灰、花粉、空氣中氣態(tài)污染物等，全部是對(duì)流層氣溶膠自然源。氣溶膠對(duì)氣候改變、云形成、能見度改變、大氣微量成份循環(huán)及人類健康有著關(guān)鍵影響。1.米散射激光雷達(dá)氣溶膠探測(cè)激光雷達(dá)關(guān)鍵是以單波長或多波長(如Nd:YAG激光器1064、532、355nm)米散射激光雷達(dá)為主，技術(shù)比較成熟。歐美及日本等國已實(shí)現(xiàn)商品化，中國中科院大氣所、安徽光機(jī)所、上海光機(jī)所、中國海洋大學(xué)及西安理工大學(xué)等單位也前后開展該項(xiàng)技術(shù)研發(fā)。單波長米散射激光雷達(dá)能夠用探測(cè)大氣氣溶膠光學(xué)特征，關(guān)鍵有散射系數(shù)，消光系數(shù)，雷達(dá)比。而多波長激光雷達(dá)除了能夠得到上述參數(shù)以外還常見于反演氣溶膠粒譜分布及不一樣波長氣溶膠消光系數(shù)，為研究激光在大氣中傳輸特征，大氣湍流等提供科學(xué)依據(jù)。西安理工大學(xué)研發(fā)小型米散射激光雷達(dá)，觀察到西安上空氣溶膠及卷云THI（Time-Height-Indications）時(shí)空分布。該系統(tǒng)采取半導(dǎo)體泵浦微脈沖激光器532nm波長，含有對(duì)眼安全特征及三維掃描功效，可用于城市氣溶膠及大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、大氣能見度及邊界層高度觀察等。2.高光譜分辨率激光雷達(dá)米散射激光雷達(dá)在反演氣溶膠參數(shù)如消光系數(shù)時(shí)，必需對(duì)當(dāng)初大氣狀態(tài)等做部分假設(shè)，所以限制了其探測(cè)及數(shù)據(jù)反演精度，不利于大氣正確探測(cè)。高光譜分辨率激光雷達(dá)（HSRL）是在米散射激光雷達(dá)基礎(chǔ)上發(fā)展而來一個(gè)高精度氣溶膠探測(cè)技術(shù)，也是現(xiàn)在公認(rèn)和氣溶膠拉曼探測(cè)激光雷達(dá)并列兩種可不需假定、直接探測(cè)氣溶膠消光參數(shù)技術(shù)之一。HSRL探測(cè)原理是利用大氣分子引發(fā)瑞利散射光譜寬度依存大氣溫度，其譜線寬度通常為GHz級(jí)，而氣溶膠散射譜寬約等于激勵(lì)激光譜寬，通常為100MHz級(jí)，經(jīng)過使用單頻率脈沖激光器，高光譜分辨率分光器，如干涉儀、原子吸收濾光器或分子吸收濾光器，從大氣散射中分離米散射和瑞利散射光譜。在數(shù)據(jù)反演中借助于同時(shí)取得瑞利散射信號(hào)，能夠不需要假設(shè)大氣粒子消光/散射參數(shù)，直接導(dǎo)出消光系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高精度氣溶膠探測(cè)，提升了參量反演正確性。大氣溫濕度探測(cè)激光雷達(dá)探測(cè)大氣溫度分布關(guān)鍵方法有瑞利散射法密度法，高光譜分辨率瑞利散射法，轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼散射法和差分吸收法等。瑞利散射法密度法關(guān)鍵利用激光雷達(dá)探測(cè)大氣分子密度改變，利用大氣方程反演溫度，所以關(guān)鍵用于氣溶膠影響較小對(duì)流層頂部及平流層大氣溫度探測(cè)。而底層對(duì)流層范圍內(nèi)大氣溫度探測(cè)，因?yàn)槭軠囟冗b感靈敏度較低及易受地表產(chǎn)生高密度氣溶膠和白天太陽背景光影響，底層大氣高精度測(cè)溫技術(shù)研究一直是國際上激光雷達(dá)研究前沿課題?，F(xiàn)在對(duì)流層內(nèi)大氣溫度探測(cè)關(guān)鍵是高光譜分辨率瑞利散射法和轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼散射法。激光雷達(dá)探測(cè)水汽關(guān)鍵方法有振動(dòng)拉曼散射激光雷達(dá)，即利用水汽分子和氮?dú)夥肿铀a(chǎn)生振動(dòng)拉曼散射譜線強(qiáng)度進(jìn)行水汽密度探測(cè)。差分吸收激光雷達(dá)，即經(jīng)過發(fā)射2個(gè)激光波長，其中一個(gè)波長和水汽分子某一吸收譜線重合，利用2個(gè)波長回波信號(hào)強(qiáng)度差進(jìn)行水汽密度探測(cè)。相對(duì)濕度需要利用溫度，所以溫濕度是一對(duì)相關(guān)性很強(qiáng)大氣參數(shù)。1.高光譜分辨率瑞利-拉曼散射激光雷達(dá)高光譜分辨率瑞利散射激光雷達(dá)是一個(gè)利用大氣中原子和分子瑞利散射機(jī)制而工作激光雷達(dá)，經(jīng)過高光譜分辨率濾光器，對(duì)大氣分子瑞利散射光譜寬度進(jìn)行分析而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。因?yàn)槿鹄V寬較窄，在常溫及355nm激光波長激勵(lì)下，其寬度通常為3GHz，要在如此窄帶光譜內(nèi)，除去中心譜重合米散射信號(hào)，用于分光濾光器需要含有MHz光譜分辨率?，F(xiàn)在利用該技術(shù)探測(cè)大氣溫度關(guān)鍵單位有美國Colorado大學(xué)及日本EKO企業(yè)。采取高光譜分辨率分光器關(guān)鍵有FP干涉儀、原子吸收濾光器或分子吸收濾光器等。2.回轉(zhuǎn)拉曼散射激光雷達(dá)回轉(zhuǎn)拉曼散射激光雷達(dá)是利用大氣分子引發(fā)非彈性散射（拉曼散射）轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼譜線強(qiáng)度隨溫度改變特征來探測(cè)大氣溫度廓線。相對(duì)和瑞利散射信號(hào)，拉曼散射信號(hào)強(qiáng)度要弱4~5個(gè)數(shù)量級(jí)，關(guān)鍵關(guān)鍵技術(shù)是強(qiáng)背景噪音下微弱信號(hào)提取技術(shù)?，F(xiàn)在普遍采取高光譜分辨率光柵及窄帶通濾波器分離2個(gè)含有反向溫度靈敏度系數(shù)回轉(zhuǎn)拉曼波長，結(jié)合光子計(jì)數(shù)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)背景噪音下微弱信號(hào)提取。即使該技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)夜間低層對(duì)流層到平流層內(nèi)30km高度范圍內(nèi)大氣溫度探測(cè)，但白天高精度溫度探測(cè)還需要深入研究。4.現(xiàn)在市場(chǎng)上常見激光雷達(dá)激光器及其最大發(fā)射頻率：現(xiàn)在市場(chǎng)上激光雷達(dá)激光發(fā)射最大頻率范圍為10,000赫茲—240,000赫茲。均為Riegl企業(yè)所生產(chǎn)。Optech企業(yè)和萊卡企業(yè)激光器最大發(fā)射頻率分別是160,000赫茲和150,000赫茲。TopSys是125,000赫茲。在上個(gè)月在北京召開ISPRS會(huì)議上，徠卡企業(yè)推出了新ALS60系統(tǒng)，其激光器最大發(fā)射頻率為200,000赫茲。萊卡和Optech企業(yè)采取是大功率波長為1064納米安全等級(jí)為IV級(jí)（I級(jí)是最安全，II級(jí)以上越來越不安全）Nd-YAG激光器。當(dāng)?shù)涂诊w行時(shí)，就必需增大激光光斑，而且采取強(qiáng)度衰減器來降低輸出激光強(qiáng)度。而Riegl企業(yè)和TopSys企業(yè)采取是對(duì)人和動(dòng)物眼睛安全波長為1550納米近紅外激光器。所以不管是低空飛行還是中高空飛行全部不需要增大激光光斑和衰減激光強(qiáng)度。5.激光雷達(dá)應(yīng)用領(lǐng)域市場(chǎng)1.激光雷達(dá)在軍事領(lǐng)域應(yīng)用關(guān)鍵方面

（1）戰(zhàn)場(chǎng)偵察

（2）氣體探測(cè)

（3）跟蹤及火控

（4）水下探測(cè)

（5）電子對(duì)抗

2.激光雷達(dá)在測(cè)繪領(lǐng)域應(yīng)用

（1）快速獲取數(shù)字高程模型

（2）基礎(chǔ)測(cè)繪實(shí)施

（3）精密工程測(cè)量

（4）數(shù)字城市建設(shè)3.激光雷達(dá)在無人駕駛領(lǐng)域應(yīng)用4.激光雷達(dá)在3D打印領(lǐng)域應(yīng)用

5.激光雷達(dá)在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域應(yīng)用6.國外激光雷達(dá)企業(yè)名目1．瑞士Leica企業(yè)2．加拿大Optech企業(yè)3．奧地利瑞格(Rie