民用激光雷达市场将大有可为
激光雷达，英文全称为LightDetectionAndRanging，简称LiDAR，即光探测与测量，是一种集激光，全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）三种技术于一身的系统，用于获得数据并生成精确的DEM（数字高程模型）。这三种技术的结合，可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑，测距精度可达厘米级，激光雷达最大的优势就是“精准”和“快速、高效作业”。
激光雷达运作时，只需进行非接触扫描可以在短时间内获取物体和环境空间点的三维数据和信息，由于收集的数据是以点的形式组成，所以这些数据被称作点云数据，其最大的特点是可以进行后期的处理，依靠获取的数据便能够建立完整的三维立体模型，而如今随着商用GPS及IMU（惯性测量单元）的发展，通过LIDAR从移动平台上（比如在机器人、飞机上）获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。
当大家的目光都被3D打印技术、无人驾驶汽车、无人机、虚拟现实所吸引时，也是时候认识下隐藏在他们背后真正的幕后推手：激光雷达。一项未来将渗入包括军事、商用、民用的各个领域，更有望在3D打印、无人驾驶、虚拟现实等领域开拓全新局面的底层技术。
起源于军事
激光雷达最初起源于军事需要，作为目标探测和跟踪系统被认为是更难被敌军干扰和探测到的装置，凭借激光雷达实现高清晰度的成像以收集足够的细节来识别目标，如坦克、飞机或步行中的人，这也促使机载激光雷达比地面激光雷达更具优势，应用场景更为丰富。
事实上，激光雷达在20世纪70年代发才真正展起来，当时在航天方面主要用于测量火箭初始飞行阶段的弹道轨迹，近两年最为大众称道的是用于无人驾驶汽车导航和制导的激光雷达，特别是它可以使无人机和无人驾驶汽车自行避开障碍物。
激光雷达恰恰是实现自动控制车速的ACC（主动巡航控制系统）以及未来无人驾驶汽车必须用到的核心技术，谷歌无人驾驶汽车使用的就是美国车用激光雷达探测器巨头护航(Escort)公司的产品和技术，Escort公司在美国已有35年历史，该企业研发的雷达产品在美国占有50%以上市场份额，它已经实现一套完整的感应系统，可以对周围环境360度无死角关注，加上无人驾驶系统的“心脏”，就是位于汽车顶部的激光雷达探测仪，有利于三维识别周边环境的3D地图，即使汽车在高速路上时，雷达也可以让汽车“看”得更远。此外，由于谷歌无人驾驶汽车还配有独立的GPS装置，配合激光雷达，与地图信息对照，便可以实时更新当前所在位置。
除了谷歌之外，包括大众、日产、丰田等公司都在研发和测试无人驾驶汽车技术，自然也要用到激光雷达，丰田公司已经独自研制了一套激光雷达系统。但目前来看，各公司开展的自动驾驶实验大多使用美国Velodyne公司制造的激光雷达，因为Velodyne的产品便宜，它已经发布了针对大众市场自动驾驶车型研发的小体积、低价格的激光雷达系统，不过仍然需要约4.9万元人民币，Velodyne希望借此促进激光雷达在小型化设备上的发展，帮助更多汽车厂商构建自己的自动或半自动驾驶汽车。在可以预见的未来，无人驾驶汽车的发展必将引发激光雷达的一次大爆发。
国内激光雷达市场现状
事实上，激光雷达除了用于军事和商业领域，已经把触角伸向了民用领域。在国外，激光雷达已经成为民用领域的“宠儿”，但市场份额大多被诸如瑞士Leica、加拿大Optech、奥地利Riegl、美国Trimble等老牌测绘企业占据。然而随着激光雷达不断深入到国计民生的各个方面，在国内也不乏一些在激光雷达领域探索的创业团队，涉及的产业链也颇为丰富，各种工具、后期处理软件、定制服务层出不穷。
如今激光雷达技术已经渗入包括军事、商用、民用的各个层面，未来更有望在3D打印、无人驾驶、虚拟现实等领域开拓全新局面，事实上目前国内的激光雷达市场已经呈现迅猛增长的势头，但是根据钛媒体的观察以及与一些创业者聊的结果来看，国内激光雷达市场依然混乱，“贴牌”、“山寨”厂商泛滥，缺乏连贯的产业链以及配套设备。除此之外，创业公司普遍缺乏成熟的底层算法，限于技术难点和硬件成本高，多数企业主要做的是代理和服务。
与激光雷达相关的产业，如何高精度的处理采集到的数据也是关键的一环。“激光雷达会采集丰富的点云数据，信息量庞大，目前常用的数据存储格式不统一，存储数据时存在种种不足，数据精度很难保证，如何让硬件、软件和终端用户实现数据格式的统一，是整个激光雷达市场接下来必将面临的难题”，他说。
虽然如今的国内激光雷达市场看似阴云密布，但不可否认的是市场需求的大幅增长，必然会促使大批软、硬件厂商的涌入，伴随着上下游产业链的形成以及更完整解决方案的推出，或许在不久之后，便可以随处可见激光雷达的身影，迎来真正的大爆发。
激光雷达是一项正在迅速发展的高新技术，在军事部门具有广泛的用途，受到了各国军事部门的极大关注。国际导弹技术控制法明确指出：“激光雷达系统将激光用于回波测距、定向，并通过位置、径向速度及物体反射特性识别目标，体现了特殊的发射、扫描、接收和信号处理技术”，并把激光雷达作为限制扩散的军事技术之一。
1 引言
激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。激光问世后的第二年，即1961年，科学家就提出了激光雷达的设想，并开展了研究工作。40年来，激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，陆续开发出不同用途的激光雷达，使激光雷达成为一类具有多种功能的系统。
激光雷达之所以受到关注，是因为其具有一系列独特的优点：具有极高的角分辨率、具有极高的距离分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强、比微波雷达的体积和重量小等。但是，激光雷达的技术难度很高，至今尚未成熟，而且在恶劣天气时性能下降，使其应用受到一定的限制。
激光雷达仍是一项发展中的技术，有的激光雷达系统已经实用，但许多激光雷达系统仍在研制或探索之中。激光雷达类别可以从不同的角度来划分。若按用途和功能划分，则有精密跟踪激光雷达、制导激光雷达、火控激光雷达、气象激光雷达、侦毒激光雷达、水下激光雷达……；若按工作体制划分，则有单脉冲、连续波、调频脉冲压缩、调频连续波、调幅连续波、脉冲多普勒等体制的激光雷达。下面分别介绍军事部门大力发展的几类激光雷达。
2 侦察用成像激光雷达
激光雷达分辨率高，可以采集三维数据，如方位角-俯仰角-距离、距离-速度-强度，并将数据以图像的形式显示，获得辐射几何分布图像、距离选通图像、速度图像等，有潜力成为重要的侦察手段。
美国雷锡昂公司研制的ILR100激光雷达，安装在高性能飞机和无人机上，在待侦察地区的上空以120～460m的高度飞行，用GaAs激光进行行扫描。获得的影像可实时显示在飞机上的阴极射线管显示器上，或通过数据链路发送至地面站。
1992年，美国海军执行了“辐射亡命徒”先期技术演示计划，演示用激光雷达远距离非合作识别空中和地面目标。该演示计划使用的CO2激光雷达由海军空战中心设计，组装在Pack Tack吊舱中。该激光雷达采用输出功率100W、光束发散度100mrad的CO2激光器和工作在 3.8～4.5(m波段的 256(256焦平面凝视阵列。发射机和接收机共用一个孔径和分辨率4mrad的灵活的光束控制反射镜。该雷达在P-3C试验机上进行了飞行试验，可以利用目标表面的变化、距离剖面、高分辨率红外成像和三维激光雷达成像，识别目标。
美国海军陆战队提出，现有手持摄影装置不能满足现代战场的要求，需要一种新型手持成像设备，不仅提供能及时处理的影像，而且能提供定量信息。
据任务需求声明书说，这种设备必须能由一名海军陆战队队员携带，重量在2.3～3.2kg之间，能安装在三脚架上；系统必须能自聚焦，能在低光照条件下工作；采集的影像必须足够清晰，能分辨远距离的车辆和近距离的人员，而且可先由使用者观看，然后在海军陆战队空-地特遣部队中分发。具体的性能要求是视场15×15mrad，影像分辨率0.15mrad，作用距离1km，距离分辨率15m，拍摄时间1/3 s。根据海军陆战队的要求，桑迪亚国家实验室和Burns公司分别提出了手持激光雷达的设计方案。一种是无扫描器的系统，使用闪光灯泵浦Q开关Nd(YAG激光器、数字CCD摄像机和调制像增强器。另一种是扫描型系统，采用二极管泵浦固体激光器、32元雪崩光电二极管、纤维光学中继系统和二元光学扫描器。据称两种方案都能满足要求。
3 障碍回避激光雷达
许多国家在研制直升机用的障碍回避激光雷达。美国罗斯洛普·格鲁曼公司与陆军通信电子司令部夜视和电子传感器局联合研制直升机超低空飞行用的障碍回避系统。该系统使用半导体激光发射机和旋转全息扫描器，探测直升机前很宽的范围，可将障碍信息显示在平视显示器或头盔显示器上。该激光雷达系统已在两种直升机上进行了试验。
在美国陆军夜视和电子传感器处的指导下，作为陆军直升机障碍回避系统计划的一部分，Fibertek公司研制了直升机激光雷达系统，用于探测电话线、动力线之类的障碍。该激光雷达由传感器吊舱和电子装置组成，是使用二极管泵浦1.54 (m固体激光器。吊舱中安装激光发射机、接收机、扫描器和支持系统。电子装置由计算机、数据和视频记录器、定时电子系统、功率调节器、制冷系统和控制面板组成。该激光雷达系统安装在UH-1H直升机上。
德国戴姆勒-奔驰宇航公司按照联邦防卫技术和采办办公室的合同，研制了Hellas障碍探测激光雷达。该激光雷达是1.54(m成像激光雷达，视场为32o(32o，能探测距离300～500m的、直径1cm以上的电线和其他障碍物（取决于角度和能见度）。1999年1月德国联邦边防军为新型EC-135和EC-155直升机订购25部Hellas障碍探测激光雷达。
德国达索电子技术（dassault Electronique）公司和英国马可尼公司联合研制了Clara激光雷达。这种吊舱载激光雷达采用CO2激光器，能探测标杆和电缆之类障碍，并具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示功能，可用于飞机和直升机。
德国达索电子技术公司、蔡司电光公司和英国 GEC-马可尼航空电子公司、马可尼SpA公司联合研制的Eloise CO2激光雷达，是另一种直升机载障碍报警系统，可提前10s提供前方有5mm电缆的报警，使直升机能在恶劣气候条件下作战飞行。
马可尼SpA公司还提供自行研制的Loam障碍回避系统。该系统使用人眼安全激光技术，探测电线、树木、桅杆等障碍。飞行员接收视觉和声音报警，显示器显示障碍的形状、位置、方位和距离。
4 大气监测激光雷达
激光雷达通过测量大气中自然出现的少量颗粒的后向散射，可以检测风速、探测紊流、实时测量风场等。由于返回的后向散射辐射很微弱，因而大气监测激光雷达需要使用灵敏的接收器。
在高空投掷炸弹和其它兵器时遇到的一个问题是，风干扰向下的弹道。美国空军尝试使用的主要办法是，利用增加的尾部装置进行惯性或GPS制导，修正飞行路线。但这增加了投掷的各种武器的成本。空军器材司令部正在进行的弹道风计划，采用了另一种方法，即利用机载激光雷达实时提供投掷区风场的信息，以便通过调整投掷点，来补偿风的影响。该计划的目标是，测量飞机和地面间的实时三维风场图，从而允许从3000m以上的高空精确地投掷。风场图按 100m分层，速度精度在0.5m/s以内。空军赖特实验室委托相干技术公司研制激光雷达。第一台激光雷达采用闪光灯泵浦激光器，脉冲能量50mJ，脉冲重复频率7Hz，安装在C-141飞机上试验。第二台激光雷达采用二极管泵浦激光器，脉冲能量3.5mJ，脉冲重复频率200Hz，重913kg，体积 3.26m3。第三台为人眼安全的Tm(YAG激光雷达。该激光雷达工作波长2021.84nm，激光脉冲能量12mJ，激光脉冲持续时间650ns，脉冲重复频率100Hz，重272kg，体积1.27m3。激光雷达由发射接收机、信号处理装置、环境控制装置、光学扫描器、惯性导航装置和电源组成，安装在C-130飞机的改装的油箱鼻锥内的支架上。扫描器使激光束沿椭圆形路线（20o×30o）扫描。椭圆的中心的俯仰角可根据飞行条件控制在固定位置。该俯仰角的范围为－3o～37o。激光雷达与飞机航空电子系统、显示器、用户界面接口。1995年开始使用C-141飞机进行第一台激光雷达测风的飞行试验，随后C-130飞机上实验飞行第二和第三台激光雷达。据称，作战使用型激光雷达需要将硬件小型化，可使空投精度提高2倍以上。
目前的飞机阵风缓和系统以安装在机身上的加速度计为基础，效能有限。有效的系统要求在飞机与紊流相遇前测量紊流。激光雷达探测紊流阵风的能力，可以为未来的军用和民用飞机提供更好的阵风缓和系统。美国航天局的“先进的飞行中测量用机载相干激光雷达”，正在探索这个概念。
飞机后微爆风切变和尾流，给与其相遇的飞机造成危险。英国国防鉴定与研究局（DARA）的研究人员研制的激光雷达，能测量在飞机后微爆风切变和尾流速度。将这种激光雷达置于跑道上进行实时监测，就可以提高安全性，增加飞机的通过量。
B-2“幽灵”轰炸机携带的激光雷达的与众不同的任务是，检测飞机后的空气，检查有无暴露这种隐形轰炸机的凝结尾流。该激光雷达驾驶员报警系统使用Ophir公司的低截获概率激光发射机和激光接收机，探测突然出现的凝结尾流，向乘员报警。
5 制导激光雷达
以非制冷二极管泵浦固体激光器为基础的工作波长1(m左右的激光雷达系统，可以提供以距离和强度为基础的高分辨率影像。激光雷达得到的影像不同于红外影像，允许使用比处理红外场景简单的算法实现自主目标捕获。因此，激光雷达寻的器可以为空-地武器提供自主精确制导手段。随着成本的降低，激光雷达寻的器还将用于短程消耗性弹药。
美国陆军和空军开展了多项激光雷达制导技术的研究工作。按照国防部的“武器自动目标识别”科技目标，美国陆军正在试验将成像红外传感器自动目标识别用的图形识别算法用于激光雷达。目标是演示将快速响应和低虚警相结合的自动目标识别技术。该技术将允许发展以有限搜索、发射前锁定和发射后锁定模式工作的武器。有效的自动目标识别能力可以给士兵提供直接攻击、发射后不管的武器。这种武器能在发射后捕获目标，锁定丢失后能自动再捕获目标，识别友军，并为弹头选择最佳瞄准点。
按照低成本自主攻击系统计划，美国空军赖特实验室研制了激光雷达寻的器。该寻的器能以100Hz的速率精确、自主地扫描，扫描宽度 750m。一旦捕获到目标，扫描宽度就减小到100m，并开始攻击。该激光雷达寻的器的目标识别算法具有先进的特征提取功能，可以区分炮管、雷达盘型天线、战区弹道导弹等，在1997年的系留飞行试验中成功地识别出“飞毛腿”导弹型的目标。按照计划，改进的能力更强的激光雷达寻的器，将于1998年在有诱饵和遮蔽的条件下识别目标。为了解决激光雷达寻的器作用距离有限和缺少全天候能力的问题，赖特实验室又按照二极管激光器和探测器阵列发展计划，研制采用高功率二极管泵浦固体激光器和末脉冲探测技术的成像激光雷达。该激光雷达在静止试验中作用距离为10km，在系留飞行试验中作用距离为5km。
美国空军研究实验室弹药处参与了适用于空-空和空-面弹药的激光雷达寻的器技术的研究和发展工作。目前正研究能得到距离和强度影像的高速二维探测器阵列。要求这些阵列的帧速大于30Hz，增益调制速率在兆赫量级。研究工作集中在电子轰击CCD（EBCCD）技术上。目标是制造以EBCCD 为基础的像素数至少为256(256的阵列，以及获得使EBCCD能工作在1.0～2.5(m近红外波段的光电阴极材料。
三维成像激光雷达最初采用光栅扫描和扫帚式扫描接收机，需要多个激光脉冲，才能组合成一帧完整的三维影像。平台/目标的运动和大气效应会引起三维影像抖动和撕裂，使影像处理复杂化。为此空军赖特实验室按照SBIR计划开发无扫描器激光雷达接收机技术，研制了625通道组件式并行接收机。该接收机能以1kHz的帧速产生高分辨率三维距离影像，有可能作为高性能低成本激光雷达寻的器的通用组件。桑迪亚国家实验室以主动泛光场照明器和像增强 CCD摄像机为基础的无扫描器距离成像器，可用于先进常规弹药制导。
使用激光雷达制导的唯一在役导弹，是通用动力公司的AGM-129A先进巡航导弹。这种隐形巡航导弹在大部分飞行期间依靠惯性中段制导，但末段使用激光雷达。
子弹药制导用的低成本小型激光雷达寻的器，一直受到美国军方的关注。美国陆军和空军通过高质量反器材子弹药技术演示计划、子弹药制导计划、低成本反装甲子弹药计划等一系列计划，发展子弹药制导用激光雷达。
美国陆军的高质量反器材子弹药技术演示计划，正研制对轻型装甲进行经济有效的攻击所需的制导系统。主要目标是，演示能用于子弹药的小型激光雷达寻的器技术。
为了有效地对付轻型装甲目标，要求多管火箭炮系统和陆军战术导弹系统这样的武器每发弹能击毁的目标比现有型号多5～10倍，因此需要携带更多的子弹药。为此，要求新型子弹药比目前的小，而且能准确地识别目标和杂乱回波。目前的激光雷达寻的器已经有了所需的基础自动目标识别技术，但直径约为200mm，而新型子弹药的直径将约为75mm。为了减小激光雷达寻的器的尺寸，将需要使用低成本无常平架扫描器的设计（如声光扫描器、相控阵扫描器或转楔扫描器）、在适当的地方使用衍射和全息光学系统、发展新的将探测器与脉冲捕获电子系统集成的方法。
美国陆军研究实验室集中于低空、近距离应用的低成本、高距离分辨率激光雷达。最初，军用激光雷达的研究曾集中于CO2激光器。CO2激光雷达虽能探测远距离目标，但对陆军应用来说，太大、太贵、太不可靠。因而目前的研究工作大多集中于采用二极管泵浦激光器的激光雷达。这种激光雷达作用距离可在1km以上，但成本高，也不能满足要求。陆军子弹药目标捕获、引信、遥控传感器等，需要用低成本、高距离分辨率激光雷达获得理想的三维影像。为此，陆军研究实验室将低成本连续波半导体激光器与现代调频雷达信号处理技术相结合，来获得便宜、结实、可靠的激光雷达系统。这种激光雷达用射频子载波调制发射的激光。目标反射光被光电二极管非相干探测，转变成电压波形。然后，这个波形与原调制波形无延迟采样混合。再对混频器的输出进行处理，去除自杂波。最后，利用离散傅立叶变换将无杂波波形进行相干处理，获得目标的振幅和距离。研制的实验室型激光雷达，采用工作波长830nm的30W GaAlAs 半导体激光器，获得的影像和距离响应表明，理论距离分辨率为0.25m。
根据子弹药制导计划，美国空军赖特实验室研制了两类可供子弹药使用的激光雷达寻的器，即采用24元GaAs半导体激光器阵列的、有效作用距离200m激光雷达，和采用二极管泵浦Nd(YLF激光器的、有效作用距离2km的激光雷达。根据空军-陆军联合的低成本反装甲子弹药计划，赖特实验室还研制了采用二极管泵浦Nd(YVO4激光器的激光雷达寻的器，并实验证明了激光雷达的自主制导能力。据称，这种寻的器是经济可承受的，预计产量为1万个时生产成本为12000美元。
空军提出的“灵巧小炸弹”将采用激光雷达制导。灵巧小炸弹是一种以外科手术式精度投放22.7kg（50磅）高爆炸药的113.4kg （250磅）炸弹，其毁伤效能类似于现有的精度较低的900kg（2000磅）侵彻武器，而且附带破坏的危险较小。按照空军-海军的联合DASSL计划，赖特实验室已经根据灵巧小炸弹的任务要求导出对激光雷达的要求和激光雷达寻的器的基本设计参数。
洛克希德·马丁·沃尔特公司的低成本自主攻击系统，是攻击地面目标的小型有翼制导子导弹。这种陆军-空军联合发展的子导弹，采用以惯性 /GPS装置和激光雷达寻的器为基础的制导系统，可以由AGM-130导弹、AGM-154导弹、多管火箭炮系统火箭弹、陆军战术导弹系统和SUU-64 战术弹药撒布器投放。激光雷达寻的器能搜索370×900m的范围，形成目标的三维影像，分辨率为15cm，确保准确地识别目标。可能的目标包括坦克和其他装甲车辆、面-空导弹阵地和弹道导弹运输车/竖立/发射架。
6 化学/生物战剂探测激光雷达
化学/生物武器是一种大规模毁伤武器。面对不断扩散的化学/生物武器的威胁，许多国家正在采取措施，加强对这类武器的防御。美国国防部认为，需要能在战场上使用的、快速响应的、灵敏的监视系统，以尽快提供化学/生物威胁的报警。这种系统不同于防空和反潜警戒系统，必须具有搜索、探测、识别、定量化、监测和诊断等功能。激光雷达可用于化学/生物战剂的遥测。每种化学战剂仅吸收特定波长的激光，对其他波长的激光是透明的。被化学战剂污染的表面则反射不同波长的激光。化学战剂的这种特性，就允许利用激光雷达探测和识别之。激光雷达可以利用差分吸收、差分散射、弹性后向散射、感应荧光等原理，实现化学生物战剂的探测。化学/生物战剂探测激光雷达采用的激光器，主要是CO2激光器和Nd:YAG激光器。
在CO2激光雷达方面，1988年法国和美国合作发展Mirela化学战剂激光探测系统，研制出过渡性硬件，在法国进行了试验，为进一步发展提供了数据。1994年美国国防部在考察了激光雷达在战场上探测化学战剂的作用后，为法国研制了以距离分辨双CO2激光器为基础的差分吸收激光雷达系统，并进行了野外试验。该系统利用可编程伺服马达驱动的扫描器完成半球扫描，采用高速直接探测接收机，可在1～2km的距离内探测化学蒸气羽烟，测绘羽烟的移动和扩散，获得了大约20m的距离分辨率。
与此同时，美国还研制、试验了采用频率捷变CO2激光器和先进探测算法的激光雷达系统。按照“激光防区外化学探测器”研究计划，陆军埃奇伍德研究、工程和发展中心与休斯飞机公司合作研制出可调谐封离频率捷变CO2激光器。该激光器脉冲重复频率为200Hz，占空因数为40%，输入功率不到 1kW，可在包括9P44谱线在内的所有谱线上提供100mJ以上的能量。采用该激光器研制的两台激光雷达系统，采用25.4cm的孔径，以地形测绘模式工作，探测距离达10km。其中一台供与法国合作研究使用，另一台用于与空军菲利浦实验室、洛斯·阿拉莫斯国家实验室的机载激光雷达的合作研究。此后，又按照三军联合化学警戒和识别激光雷达计划，研制供固定设施和舰载应用的、可大面积侦察的激光雷达系统。该系统是使用差分吸收和差分散射激光雷达模式的距离分辨激光雷达，可扫描大气和地面，探测化学蒸气以及空中的液体和颗粒，使用脉冲重复频率100Hz、1J级的激光器和61cm的光学系统，以半球扫描模式，可在5～7km距离实现距离分辨。使用较高的脉冲能量和较大的光学系统时，作用距离可达20km。目前正制造和试验实验室型装置，开发不变背景识别算法和大面积侦察用的变背景算法。
美国空军进行了机载远距离化学战剂探测研究，目标是发展作用距离50km以上的、以CO2激光器为基础的差分吸收激光雷达。第一阶段采用简单的直接探测法。发射接收机包括工作在9～11μm波段、输出能量4J、重复频率30Hz的波长捷变CO2激光器，35cm孔径望远镜，光学稳定平台，以及碲镉汞光伏探测器。发射接收机安装在具有红外发射窗口的KC-135飞机上，进行了一系列飞行试验，作用距离为20～50km。1997年开始的第二阶段，发展采用相干探测原理的激光雷达。该雷达采用同样的发射机，但增添了波长捷变本机振荡器，并用宽带探测器代替碲镉汞探测器。按照计划，应在1997 年底开始飞行实验。
美国能源部的“通过激光询问扩散物的化学分析”计划，最初的目标是探测核武器扩散，但随后扩展到包括探测化学和生物战剂，发展以激光为基础的遥测化学扩散物并确定其特性的系统。按照这项计划洛斯· 阿拉莫斯国家实验室负责差分吸收激光雷达的开发，评估了高重频、低能脉冲激光稳定激光光斑的能力，进行了利用光谱遥感数据识别气体混合物化学成分的化学度量分析。
德国Hungrian公司研制了VTB-1型遥测化学战剂传感器。该传感器使用两台可在9～11(m间大约40个频率上调节的连续波CO2激光器，利用差分吸收原理进行工作。
在Nd:YAG激光雷达方面，美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室按照远距离防区外生物战剂探测系统计划，建造了3个系统，以迅速形成临时性的生物战剂探测能力。该系统通过测量弹性后向散射，提供生物战剂气溶胶云的浓度、距离信息，并跟踪之。远距离防区外生物战剂探测系统，采用脉冲能量 420mJ、脉冲重复频率20Hz的Nd:YAG激光器和具有48.3cm抛物面主镜和8.13cm副镜的卡塞格伦望远镜，用硅雪崩光电二极管探测回波能量，并在机上完成信号处理。整个系统重590kg，体积3m3，安装在UH-60直升机上。直升机垂直于风向飞行，激光雷达垂直扫描，可探测并跟踪最远达 30 km的模拟线瓷?锲?芙涸啤＝?矗?毒嗬敕狼?馍?镎郊撂讲庀低骋?沧霸?/SPAN>“环球隼”无人机这样的高空平台上，并利用新发展的转移电子增强光电二极管技术提高探测能力。
按照短距离防区外生物探测系统计划，Fibertek公司制造了利用感应荧光测量原理的激光雷达系统。该激光雷达采用两台紫外激光器和一台红外激光器，能在310～445nm范围内探测，作用距离达3km。美国陆军化学和生物防御司令部已在野外进行了试验，以探讨性能和人体安全问题。为了支持这项计划，SRI国际公司制造了专用高分辨率分光计。该分光计采用能量为1～10mJ/脉冲、脉宽为3～8ns、束散小于1mrad、在 220～345nm波长范围连续可调的紫外激励激光源，将双光栅Czerny-Turner单色仪和光电倍增管相结合，探测荧光，测量激光导致的气溶胶化生物战剂的荧光横截面。
按照国防部高级研究计划局的研究合同，EOO公司正在研制紧凑的红外/紫外混合激光雷达系统。该系统利用二极管泵浦Nd:YAG激光器产生的 1.064μm激光，进行弹性后向散射测量，探测生物战剂气溶胶云的位置、形状、大小，并利用多普勒探测边缘滤波技术确定风向和风速；通过将 1.064μm红外激光4倍频成0.266μm的紫外激光，进行生物战剂气溶胶云感应荧光的探测。最终的目标是研制出战术无人机载激光雷达系统样机。预计样机重量34kg，体积0.0425m3，功率需求小于500W。目前设计的实验室型系统，打算测量气溶胶浓度的距离为5km，以1m/s的分辨率测量风场的距离为2km，测量荧光的距离为1km以上。该实验室型系统进行地面性能评估后，将再建造一个可供机载使用的实验室型装置，安装在“空中女王”飞机上测量布撒的气溶胶。该机载系统是足够结实和灵活的，在需要时可进一步最佳化。
EOO公司还在按照国防部高级研究计划局的小型商业创新研究合同，研制高空化学-生物战剂探测系统。
该系统是高空飞机携带的多功能成套传感器，将Nd: YAG激光雷达、10μm外差可调谐差分吸收激光雷达和频率调制-差分吸收激光雷达光谱仪的功能组合在一起，探测和识别浓度极低的短暂发射，用于监视化学 -生物战威胁。频率调制-差分吸收激光雷达使用频率调制激光发射机和灵敏的射频探测技术。射频探测技术是将射频边带置于激光脉冲上，当欲探测的化学战剂产生边带的差分吸收时，造成以射频频率振幅调制激光脉冲，然后利用标准信号处理技术探测这个振幅调制，从而探测和分离出化学战剂的吸收谱线。实验已证明，实验室系统在进行点化学战剂探测时，能够以量子噪声极限运转。
7 水下探测激光雷达
激光雷达具有足够的空间分辨率，来分辨目标的尺寸和形状，因而是有效的探测水下目标并进行分类的工具。1988年美国“罗伯茨”号护卫舰在阿拉伯湾几乎被廉价的水雷击沉。此后Kaman 宇航公司研制了“魔灯”水雷探测激光雷达。该激光雷达使用蓝-绿激光器、灵敏的电子选通像增强摄像机和精确脉冲定时发生器。机载激光器向海面发射激光脉冲，扫描水雷。同时，脉冲定时发生器控制摄像机快门，仅接收特定深度反射的激光能量。在这个深度的目标反射激光而被显现。影像通过数据链路传送给舰船。“魔灯”激光雷达可以在海面以上120～460m高度工作，名义工作高度460m，但低空飞行时分辨率和信噪比较高，而视场有限。探测深度最初定为12～61m的浅水区，但根据初步作战评估和不断的研究，调整为包括3～12m的极浅水区和深度不足3m的冲浪区。“魔灯”激光雷达不仅可以自动探测水中目标，而且可以实施目标分类和定位。1988年的样机试验表明，该系统可以迅速探测锚雷，并定位。
海湾战争期间，美国军舰“特里波利”号和“普林斯顿”号被水雷毁伤，使人们将注意力集中到采用新技术的水雷对抗手段上。部署到该地区的 “魔灯”水雷探测激光雷达初样机成功地发现了水雷和水雷锚链。1996年美国海军将第一个“魔灯”系统部署到海军航空兵HSL-94预备役中队。目前，该中队有三套“魔灯”系统供SH-2G“超海妖”直升机使用。“魔灯”激光雷达仍属于应急性系统，美国海军计划最终用机载激光水雷探测系统取代之。机载水雷探测系统将在2005年前后开始研制，最终安装在H-60直升机上。
ATD-111激光雷达是美国海军的另一种水雷搜索激光雷达。该雷达由桑德斯公司研制，是吊舱载系统，能安装在SH-60“海鹰”直升机上。
瑞典国防研究局、国家海洋局、海军和国防器材局共同开展了激光海洋测绘研究，首先研制了“手电筒”机载激光雷达，继而进一步研制了“鹰眼”激光雷达。萨伯动力学公司（Saab Dynamics）作为主承包商，研制了两台“鹰眼”激光雷达。试验表明，激光雷达是一种快速、精确的测深设备，可以满足国际水文办公室对海洋深度测量的精度要求。
8 空间监视激光雷达
美国空军在毛伊岛空间监视站利用激光雷达的精密跟踪和高分辨率成像能力，进行远距离探测、跟踪和成像，核查轨道上的卫星。
安装在毛伊岛的高性能CO2激光雷达监视传感器系统（也称为“野外激光雷达演示”系统），是一台高功率、宽带、相干激光雷达。该激光雷达是按照一项分4个阶段的计划研制的。第一阶段建造了实验室硬件，在毛伊岛组装了综合激光雷达系统，使用紧凑的脉冲相干CO2振荡器、外差接收器、信号记录器与0.6m激光束定向器耦合，演示了卫星捕获、照明、回波信号探测和信号记录。然后，通过脱机处理，从回波信号中提取距离和距离速率数据，实现了距离-振幅成像。随后的第二阶段，研制了改进的振荡器、接收器、处理器和光束定向器，并将其组合成最终的系统，使系统能力达到在30Hz时输出能量12J。第三阶段在发射机上增加了功率放大器（最后一个主要的部件），使系统能力达到30Hz时激光输出能量为30J。在第四阶段，提供高精度位置和速度跟踪，并打算最终测量非美国的航天器的尺寸、形状和取向。按照计划，这台激光雷达将能进行高精度位置和速度跟踪，并提供尺寸、形状和方位信息。
美国陆军空间和导弹防御司令部也于1997年开始一项称为“战场激光雷达技术转移演示”的探索性计划，并成功地试验了在最远1000km 的距离探测卫星、巡航导弹和化学武器。由Textron公司制造的激光雷达发射几种波长接近11μm、11.15μm的激光脉冲，根据激光往返时间确定目标距离，用多普勒频移确定目标速度，并可以利用获得的信息确定目标的尺寸和形状，获得目标的多普勒影像，以识别之。在毛伊岛空间监视站的试验期间，该激光雷达不仅探测到距离达24km的直升机，而且确定了直升机旋翼桨叶的个数和长度、旋翼的间距和转速。
9 其他军用激光雷达
● 弹道导弹防御激光雷达
七八十年代，美国曾考虑将激光雷达用于洲际弹道导弹防御，测量重入飞行器的距离和速度。由于要求目标识别距离在1000km以上，因而造成系统非常庞大、复杂和昂贵。到90年代，美国认为战区弹道导弹成为主要的威胁，防御这些导弹需要早期探测和跟踪，以便确定发射点、命中点和可能的拦截点。为此，波音防御和空间集团公司考察了将机载激光雷达用于战区弹道导弹防御。研究表明，激光雷达与被动红外系统相结合时，利用连续的红外方位和俯仰测量结果与激光雷达的精确距离测量数据，可以使目标弹道估算迅速收敛，使弹道估算误差成数量级地下降。该公司考察了CO2激光器、掺钬或铥YAG激光器以及喇曼频移YAG激光器等在这种激光雷达中的应用前景，进行了激光雷达的性能分析，考虑了与波长有关的目标横截面、大气衰减、背景辐射以及直接或外差探测对信噪比的影响等。 [JF:Page]
● 靶场测量激光雷达
美国白沙导弹靶场利用快速光束控制CO2激光雷达系统，进行成像和跟踪测量。该系统由0.5m孔径的光学系统、3～5μm摄像机和CO2 激光雷达组成，可在大角度范围内以高跟踪修正速率跟踪单个目标，可在多个目标间重新确定目标，可进行测距和多普勒测量。该系统已在靶场实用。
● 振动遥测激光雷达
激光雷达可以远距离测量振动，完成目标识别等任务。几个国家一直在研究这项技术。瑞典国防研究局设计并制造了以半导体激光技术为基础的相干激光雷达系统。该系统输出功率50mW，线宽 280kHz，可进行振动测量，利用自适应信号处理，可获得运动目标的振动特征信号。
● 多光谱激光雷达
美国空军赖特实验室和戴顿大学在研究多光谱激光雷达。该激光雷达采用激光输出在1.35～5μm连续可调的光学参量振荡器，脉冲能量为 3.3mJ，脉宽3ns。用可调单态反射计系统，测量目标的双向反射分布函数。该激光雷达可在有杂乱回波和目标部分隐蔽的情况下将地面目标成像，并识别之。
激光雷达工作原理：
激光雷达的工作原理与雷达非常相近。由激光器发射出的脉冲激光由空中入射到地面上，打到树木上，道路上，桥梁上，房子上，引起散射。一部分光波会经过反射返回到到激光雷达的接收器中。接收器通常是一个光电倍增管或一个光电二极管，它将光信号转变为电信号，记录下来。同时由所配备的计时器记录下来同一个脉冲光信号由发射到被接收的时间T。
于是，就能够得到由飞机上的的激光雷达到地面上的目标物的距离R为: R = CT/2。这里C代表光速，是一个常数，即C=300,000公里/秒。
激光雷达每一个脉冲激光的最大距离分辨率（maximum range resolution）也可由以下公式给出：
⊿R = C/2·(tL+tN+tW) 这里，tL代表激光脉冲的长度，tN代表接收器电子器件的时间常数，tW代表激光与目标物体的碰撞时间常数。对于一个Q-开关的Nd:YAG激光器，它的脉冲常数是10纳秒，接收器电子器件的时间常数stN一般是50纳秒到200纳秒，激光与目标物体的碰撞时间常数tW较小，一般忽略不计。因此，距离分辨率⊿R一般在7.5米到30米。
激光雷达发展简史：
激光雷达的研发早在上个世纪的七十年代就开始了(Jennifer and Jeff 1999)。最初，是由美国的航天航空总署NASA研究出了一种非常笨重的基于激光测量的设备。尽管它非常昂贵，也只能测量放在地面上的飞机的精确的高度。在八十年代后期，随着GPS民用技术的提高，使得GPS对位置定位的精度达到了厘米的量级。高精度的用于记录激光来回时间的计时器和高精度的惯导测量仪（Inertial Measurement Units，IMU）的相继问世，为激光雷达的商业化打下了基础。
在上个世纪的八十年代末，德国的Peter Frieβ和Joachim Lindenberger在Deutsche Forschungsgemeinschaft攻读博士学位时开始了有关激光雷达技术的研究课题。在1989年，他们与Fritz Ackermann教授一起在Univ. of Stuttgart (斯图加特大学遥感学院)进行了首次相关的试验飞行。测试结果令人信服地显示出激光雷达用于地形地貌测量和制图方面的巨大的潜力和发展远景。
1992年，在获得了博士学位后，Peter Frieβ和Joachim Lindenberger成立了TopScan GmbH公司，开始了商业化机载激光雷达的尝试。很快，TopScan开始了与位于加拿大多伦多市的Optech公司的合作，并且在1993年联合进行了样机的试飞和测试。1995年，由Optech公司与TopScan共同推出了ALTM1020激光雷达，并在1997年对其性能进行了全面的提高，激光发生的频率由200赫兹提高到5000赫兹，飞行高度也达到了1000米。与此同时，德国的TopSys也开发出了基于光纤激光器的激光雷达，Falcon I。从1995年到2003年的八年间，Optech共销售了15台ALTM1020和 ALTM 1225 激光雷达(Christian Weaver, and Joachim Lindenberger)。而TopSys除了自己使用外，一共向外卖出了两台Falcon I 和 Falcon II。期间，TopScan也转向了向用户提供激光雷达服务的主业。Optech公司在2004年和2006年又分别推出了能够发射在1000米的高度发射100,000赫兹的ALTM3100 和具备在接近2000米的高度时发射100,000赫兹的ALTMGemini。
在1997年的时候，针对已有激光雷达的不足之处，成立于1956年的专门从事制图和GIS服务的Azimuth也进入了这个新兴的行业，并且在技术方面进行了一些提高，于1999年向市场推出了AeroSensor激光雷达(Kevin P. Corbley)。Azimuth公司位于美国马萨诸塞州，由于公司规模小，她采取了积极开放的态度，与美国科罗拉多州的EnerQuest合作，由EnerQuest推出RAMS激光雷达，在1999年先后卖给了日本和澳大利亚的客户。同时，EnerQuest公司在Robert Kletzli的带领下，首先研发出了配备数码相机的RAMS激光雷达，并且用于2000年的悉尼奥运会。2001年的5月，莱卡公司通过收购Azimuth公司，开始进入此领域，并将AeroSensor改名为ALS40。当时，莱卡公司已经向市场引进了推进扫描式的数码相机ADS40，藉希望于把ADS40与ALS40结合起来使用。由于Azimuth规模小，刚成立不久，所以在被收购前，一共只卖了若干台，其中还包括RAMS系统。莱卡公司在2003年推出了ALS50，2006年初升级为ALS50-II。为了提高激光点的密度，莱卡公司在2006年十月的INTERGEO大会上，又推出了一项新技术: Multiple Pulses in Air (MPiA)。它使得激光雷达不需要等待是否收到了上一个信号后才发出下一个新信号，因此信号接收器能够从同一个激光脉冲信号周期里接收到多于一个以上的信号，因而在激光器不变的情况下，在更高的高度上可接收到更多的激光点。
在上个世纪的九十年代初，一个瑞典的公司Saab接收了瑞典国防部的合同，研究用于追踪潜艇的激光雷达系统。在1994年和1995年，Saab公司分别向瑞典海军和瑞典海岸线管理局两套HAWK Eye激光雷达系统。HAWK Eye激光雷达系统也是世界上个用于水下探测的激光雷达系统。在2002年，Saab公司把生产HAWK Eye激光雷达系统的技术转让给由三个前雇员成立的AHAB公司。2005年6月，Blom公司收购了AHAB。在2005年，AHAB公司向市场推出了HAWK Eye II系统，客户包括挪威的Blom公司和皇家海岸线测绘公司。HAWK Eye II系统采用了两个激光器，一个是用于水下探测的采用532纳米波长的激光器，激光接收频率为4000赫兹；另一个是用于海岸线测量的近红外激光器，激光接收频率为64000赫兹。飞行高度为200米到400米之间。一般使用直升飞机作为载体。
这里我们要提到一个在激光雷达发展史上另一个重要的公司：Riegl。Riegl公司位于奥地利首都维也纳东北角80公里的一个叫Horn（号角）的小镇。她是由维也纳技术大学的Riegl教授于1975年创立的，起初专门生产固体二极管激光器及激光测距仪。从1996年开始，向市场推出了可用于机载、车载和船载的一系列二维激光扫描仪：LMS-Q140, LMS-Q140i, LMS-Q160, LMS-Q120, LMS-Q240, LMS-Q240i, LMS-Q280, LMS-Q280i, LMS-Q560。射程涵盖近距离2米-100米、低空（2米-400米）、中低空（30-700米）和中高空（30米-2000米）。
我们知道，Optech和莱卡的激光雷达由于问世较早，为了追求飞行的高度而采用了大功率的对于人和动物眼睛会有伤害的激光器。当在中低空飞行时，为了减少伤害，采用了降低功率输出、增大光斑尺寸等措施，因而直接造成了空间分辨率的下降。
这里我们要指出的是，所有的Riegl激光扫描仪均使用对人和动物眼睛安全的激光器，因此无论是低空飞行还是2000米的中高空飞行，均不需要对激光的输出做任何的调整，保持了测量的高精度。我们高兴的看到，Optech公司已经在其用于地面的三维激光雷达系统中改用对人和动物眼睛安全的激光器，因此，随着激光器研究的进一步发展，全面采用对人和动物眼睛安全激光器的机载激光雷达已经为时不远。
由于种类繁多，性价比高，在欧洲和北美的许多地方得到了广泛的应用，尤其是电力、公路，铁路、林业、矿山、城市规划、海岸线、考古等领域。许多公司、大学和研究单位以及政府部门纷纷使用Riegl的二维激光扫描仪来自己组装激光雷达。其中，Riegl公司于2004年推出的LMS-Q560是世界上第一款商业化的能够进行数字化采集和处理激光全波形的二维激光扫描仪。虽然每一个激光脉冲都是一个周期为2π的正弦波，但是由于技术的限制，过去只能将接收到的正弦波信号提取为几个分立的信号，放弃了许许多多的细节。能够进行数字化全波形的采集、记录和处理的LMS-Q560使得我们能够更多地看到物体表面的细节、粗糙度和变化。诸如房顶和房沿，江河岸边等断点线，茂密植被覆盖下的地区的地形地貌在过去一直是令人头痛的事情，因为采用时间-飞行原理的激光雷达很难通过空隙成功地入射到地面上，同时，即使最先进的滤波几何学在面对如此的激光点云进行分类时，也经常出错。然而，采用数字化记录全波形的方法已经证明，即使茂密植被漏出百分之几的空隙，通过所获取的全波形反射波，我们也能够得到在激光脚印的区域内垂直方向结构和地面形貌的详细细节。它是机载激光雷达发展史上的一个里程碑。
Riegl公司最新推出的CP560激光雷达，不仅能够飞超低空（30米），而且能够飞2000米的高度，激光的最大发射频率为240,000赫兹，可接收到的激光点达到了160,000/秒。配备双激光器的BP560激光.雷达，激光的最大发射频率达到了400,000赫兹。另外，基于Riegl的激光扫描仪和自己的飞行管理和导航系统，德国的IGI开发出了LiteMapper 2800 和 LiteMapper 5600激光雷达，德国的iMAR研发并向智利出口了AIRSURV-LS1000(Riegl LMS-Q560)。TopSys研发了基于美国天宝公司的导航系统的Harrrier 24 (基于Riegl LMS-Q240)和Harrier 56 (基于Riegl LMS-Q560)。
进入二十一世纪以来，机载激光雷达以每年30%的速度快速增长。目前，在全世界的民用机载激光雷达有200多台。
先进激光雷达技术研究举例：
大气气溶胶的探测
大气气溶胶是指悬浮在大气中直径约为100 μm以下的液体或固体微粒体系，地面扬尘、沙尘暴、林火烟灰、花粉、空气中的气态污染物等，都是对流层气溶胶的自然源。气溶胶对气候变化、云的形成、能见度的改变、大气微量成分的循环及人类健康有着重要影响。
1.米散射激光雷达
气溶胶探测的激光雷达主要是以单波长或多波长(如Nd:YAG 激光器1 064、532、355 nm) 米散射激光雷达为主，技术比较成熟。欧美及日本等国已实现商品化，国内的中科院大气所、安徽光机所、上海光机所、中国海洋大学及西安理工大学等单位也先后开展该项技术的研发。单波长米散射激光雷达可以用探测大气气溶胶的光学特性，主要有散射系数，消光系数，雷达比。而多波长激光雷达除了可以得到上述参数以外还常用于反演气溶胶的粒谱分布及不同波长的气溶胶消光系数，为研究激光在大气中的传输特性，大气湍流等提供科学依据。图3 为利用西安理工大学研发的小型米散射激光雷达，观察到西安上空气溶胶及卷云的THI（Time-Height-Indications）时空分布。该系统采用半导体泵浦的微脉冲激光器的532 nm 波长，具有对眼安全特性及三维扫描功能，可用于城市气溶胶及大气质量监测、大气能见度及边界层高度观测等。
2.高光谱分辨率激光雷达
米散射激光雷达在反演气溶胶参数如消光系数时，必须对当时的大气状态等做一些假设，因而限制了其探测及数据反演精度，不利于大气的精准探测。高光谱分辨率激光雷达（HSRL）是在米散射激光雷达的基础上发展而来的一种高精度气溶胶探测技术，也是目前公认的与气溶胶拉曼探测激光雷达并列的两种可不需假定、直接探测气溶胶消光参数的技术之一。
HSRL 的探测原理是利用大气分子引起的瑞利散射光谱宽度依存大气温度，其谱线宽度一般为GHz级，而气溶胶散射谱宽约等于激励激光谱宽，一般为100 MHz 级，通过使用单频率脉冲激光器，高光谱分辨率分光器，如干涉仪、原子吸收滤光器或分子吸收滤光器，从大气散射中分离米散射和瑞利散射光谱。在数据反演中借助于同时获得的瑞利散射信号，可以不需要假设大气粒子消光/散射参数，直接导出消光系数，从而实现高精度的气溶胶探测，提高了参量反演的准确性。
大气温湿度探测
激光雷达探测大气温度分布的主要方法有瑞利散射法密度法，高光谱分辨率瑞利散射法，转动拉曼散射法和差分吸收法等。瑞利散射法密度法主要利用激光雷达探测大气分子密度变化，利用大气方程反演温度，所以主要用于气溶胶影响较小的对流层顶部及平流层的大气温度探测。而底层对流层范围内的大气温度探测，由于受温度的遥感灵敏度较低及易受地表产生的高密度气溶胶和白天太阳背景光的影响，底层大气高精度测温技术的研究一直是国际上激光雷达研究的前沿课题。目前对流层内的大气温度探测主要是高光谱分辨率瑞利散射法和转动拉曼散射法。
激光雷达探测水汽的主要方法有振动拉曼散射激光雷达，即利用水汽分子和氮气分子所产生的振动拉曼散射谱线的强度进行水汽密度探测。差分吸收激光雷达，即通过发射2 个激光波长，其中一个波长与水汽分子的某一吸收谱线重叠，利用2 个波长的回波信号的强度差进行水汽密度探测。相对湿度需要利用温度，所以温湿度是一对相关性很强的大气参数。
1.高光谱分辨率瑞利-拉曼散射激光雷达
高光谱分辨率瑞利散射激光雷达是一种利用大气中的原子和分子的瑞利散射机制而工作的激光雷达，通过高光谱分辨率滤光器，对大气分子瑞利散射的光谱宽度进行分析而实现温度测量。由于瑞利谱宽较窄，在常温及355 nm 激光波长激励下，其宽度一般为3 GHz，要在如此窄带光谱内，除去中心谱重叠的米散射信号，用于分光的滤光器需要具有MHz 的光谱分辨率。目前利用该技术探测大气温度的主要单位有美国Colorado 大学及日本EKO 公司。采用的高光谱分辨率分光器主要有FP 干涉仪、原子吸收滤光器或分子吸收滤光器等。
2.回转拉曼散射激光雷达
回转拉曼散射激光雷达是利用大气分子引起的非弹性散射（拉曼散射）的转动拉曼谱线的强度随温度变化的特性来探测大气温度廓线。相对与瑞利散射信号，拉曼散射信号强度要弱4~5 个数量级，主要关键技术是强背景噪音下的微弱信号提取技术。目前普遍采用高光谱分辨率光栅及窄带通滤波器分离2 个具有反向温度灵敏度系数的回转拉曼波长，结合光子计数技术来实现强背景噪音下的微弱信号提取。虽然该技术已经实现夜间低层对流层到平流层内30 km高度范围内的大气温度探测，但白天高精度温度探测还需要进一步的研究。
目前市场上常用激光雷达的激光器及其最大发射频率：
目前市场上的激光雷达的激光发射的最大频率范围为10,000赫兹—240,000赫兹。均为Riegl公司所生产。Optech公司和莱卡公司的激光器的最大发射频率分别是160,000赫兹和150,000赫兹。TopSys的是125,000赫兹。在上个月在北京召开的的2008 ISPRS 会议上，徕卡公司推出了新的ALS60系统，其激光器的最大发射频率为200,000赫兹。另外，根据内部消息，Riegl公司也将在9月底的2008 INTERGEO会议上推出新的激光雷达系统。
莱卡和Optech公司采用的是大功率的波长为1064纳米的安全等级为IV级（I级是最安全的，II级以上越来越不安全）的Nd-YAG激光器。当低空飞行时，就必须增大激光的光斑，并且采用强度衰减器来降低输出激光的强度。而Riegl公司和TopSys公司采用的是对人和动物眼睛安全的波长为1550纳米的近红外激光器。因此无论是低空飞行还是中高空飞行都不需要增大激光的光斑和衰减激光的强度。
