探测与测距系统的起源及发展

伴随着全球工业自动化进程的不断推进，探测与测距系统的使用在近20年呈现出了爆炸式的增长。探测与测距系统的应用历史，可以追溯到第二次世界大战期间使用的雷达系统（RADAR Systems）。雷达（RADAR），为“无线电探测和测距”英文的缩写。

伴随着科技的不断发展，针对不同用途，这类系统有了更细致的分类，其中包括：Laser Radar（激光雷达系统）、LiDAR（光探测和测距系统）、以及LADAR（激光探测和测距系统）。

激光雷达的分类与不同

泛泛而观，上述系统都基于类似的原理，也往往在被提及的时候归于同一大类，即“激光雷达”。但事实上，LiDAR，Laser Radar，以及LADAR系统，在技术细节以及适用领域方面，仍存在着较为显著的差异。

下文中，我们将针对上述系统的差异和适用领域，进行分析探讨。

上述探测和测距系统都是基于类似方式工作，即发射出一种特定波长的波，并利用它在表面反射的信息来绘制周围区域的地图，类似于蝙蝠在无可见光的情况下使用回声定位来“看到”周围的区域。

雷达系统（RADAR）利用无线电波探测周围的空间，其优点是能够穿透墙壁，但较长的微波频率分辨率较低，测量速度较慢。

图片资料：光波频率示意图

LiDAR、Laser Radar和LADAR系统，都使用人眼可见和不可见的光波频率来绘制周围区域的地图。光波的分辨率比无线电波高，这使得它们创建的地图具有更高的准确性，但它们更容易受到环境物体和天气状况的影响。这些系统的工作原理更趋近于激光跟踪测量，但它们作业时，不需要通过合作靶标将光束返回，来读取位置几何数据。

不同种类激光雷达的应用

尽管LiDAR、Laser Radar和LADAR都是基于类似原理，但它们仍在测量方式与适用环境上有显著的区别：

LiDAR已广泛意义上成为基于光的非接触式测量仪器的统称，但在实践中，LiDAR测量设备在处理“大区域”、“大容量”扫描领域作业中更加适用，系统通常会以网格或锥形的方式发出多束激光，并通过不断运动快速覆盖数百万个点，其精度根据需求，从0.1英寸（2.54毫米）到超过1英尺（304.8毫米）不等。LiDAR测量系统在土地测绘、建筑信息建模和自动驾驶汽车的导航系统中应用较为普遍。

图片资料：运行中的LiDAR类设备（左）& 应用领域示意（右上：测绘；右下：自动驾驶汽车）

Laser Radar系统，则更接近于：采用非合作靶标进行测量的激光跟踪仪。测量时，Laser Radar系统通常会发出一个单一的、聚焦的激光束来测量几米范围内的特征，精度在微米级别。Laser Radar技术已经被集成到世界各地的工业制造环境中，为生产提供更加自动化的测量解决方案，可以安装在机器人上进行近线检测。 

但对于制造业中真正高效、流畅运作的自动化近线/在线检测解决方案来讲，LiDAR系统缺乏精度，而Laser Radar则缺乏测量的速度和效率。

图片资料：LADAR系统在大飞机制造领域应用现场

而LADAR系统，正好集合了LiDAR与Laser Radar系统的优势。LADAR测量系统，如API品牌的9D LADAR，可以在不牺牲精度的前提下，提供更大的测量范围。LADAR系统可在所有Laser Radar适用领域中应用，并提供更佳的测量效率，完美适用于以白车身检测或机身装配等为代表的高端应用环境。

图片资料：LADAR系统在汽车生产线的集成应用

总结

简而言之，探测和测距系统利用发射出的不同频率的波长，根据其从障碍物上返回所需的时间来绘制一个区域的地图。LiDAR、Laser Radar以及LADAR系统，都使用光频率来进行这类测量。各系统之间，虽然原理近似，但应用特点和适用领域大有不同。

LiDAR系统更多地利用网格或锥状激光束来增加覆盖范围，并在较远的距离以较低的精度收集数据；Laser Radar系统则牺牲了测量速度和效率，以提高单点测量精度；LADAR系统，则兼容了前两种系统的优势，能够同时保障精度与速度，实现更高效的测量，更加适用于工业自动化生产领域的各测量环节。

参考文献：

1、Introduction to LADAR Systems, https://spie.org/samples/TT85.pdf

2、lidarnews.com/articles/whats-the-difference-between-laser-radar-and-lidar-technology

3、Laser Radar/LIDAR/LADAR including Eye-safe Lasers,  https://www.sensorsinc.com/applications/military/ladar