激光雷達（英文名：laser radar）亦稱光達，是以發射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統，屬于掃描式激光測距傳感器。
20世紀60年代初，科學家就提出了激光雷達的概念。1954年，科學家成功研制了世界上第一臺微波量子放大器。1960年7月，美國休斯實驗室的西奧多·梅曼，發明了人類歷史上第一臺激光器。激光雷達的工作原理為向目標發射探測信號（激光束），將接收到的從目標反射回來的信號（目標回波）與發射的信號進行比較，通過適當處理可獲得目標的有關信息，如目標距離、方位、高度、速度、姿態、甚至形狀等參數，從而對飛機、導彈等目標進行探測、跟蹤和識別。它由激光發射機、光學接收機、轉臺和信息處理系統等組成，激光發射機將電脈沖變成光脈沖發射出去，光學接收機再把從目標反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。激光雷達可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率。通常角分辨率不低于0.1mrad，也就是說可以分辨3千米距離上相距0.3米的兩個目標（這是微波雷達無論如何也辦不到的），并可同時跟蹤多個目標；距離分辨率可達0.1米；速度分辨率能達到10米/s以內。
激光雷達同工作在微波波段的雷達相比，具有分辨力高、成像清晰、測量精度高、隱蔽性好、抗干擾能力強和體積小、設備簡單的優點。此外，激光雷達低空探測性能較微波雷達強，完全不存在地物回波的影響。但是激光雷達不能穿透云層、雨滴或者稠密的煙霧，需要在較好的天氣下使用。在應用方面，激光雷達可以應用在大氣探測、無人機、機器人、自動駕駛及工業應用等領域。2022年，中國科學技術大學科研團隊在相干測風激光雷達方面首次實現3米和0.1秒的全球最高時空分辨率的高速風場觀測。
歷史與發展
原理發現
1916年，阿爾伯特·愛因斯坦發現了激光的原理。簡單的說，就是原子中的電子從高能級落到低能級的時候，就會以光子的形式釋放能量。從某種意義上說，這可以理解成一種形式的“燃燒”。1954年，科學家成功研制了世界上第一臺微波量子放大器。1960年7月，美國休斯實驗室的西奧多·梅曼，發明了人類歷史上第一臺激光器。為了達到“燃燒”所需要的條件，他用高強閃光燈管，來激發紅寶石，最終促成了真正意義上的激光的出現。學術界和產業界認為激光雷達是智能駕駛（包括自動駕駛，AGV，UAV 等）不可或缺的探測和傳感部件。激光雷達可用于物體探測與規避，物體識別與跟蹤，即時定位與地圖構建等。隨著汽車智能化、網聯化的快速發展對于激光雷達的需求日益增長。
行業發展
激光雷達用于海洋探測研究起源于20世紀60年代的美國，這一階段主要是激光測深技術機理的研究，以美國、加拿大、澳大利亞為代表。1968年， Hickman和Hogg搭建了世界上第一個激光水深測量系統，論證了藍綠激光探測水下目標的可行性。隨后美國海軍推出了機載脈沖激光測深系統(Pulsed Light Airborne Depth Sounder，PLADS)，并搭載于直升機上進行測深試驗。1971～1974年，美國航空航天局研制出了機載激光水深測量儀(Airborne Laser Bathymeter，ALB)，繼而推出了具有掃描和高速數據記錄能力的機載海洋激光雷達系統(Airborne Oceanographic LiDAR，AOL)。20世紀末，美國的CYRA公司和法國的MENSI公司將激光技術運用到三維測量領域。三維激光測量技術的產生為測量領域提供了全新的測量手段。
2022年7月5日，貴州省首部氣溶膠激光雷達落戶貴陽，進入試運行階段。同年7月消息，中國科學技術大學科研團隊在相干測風激光雷達方面實現重大突破，首次實現3米和0.1秒的全球最高時空分辨率的高速風場觀測。該成果在國際學術期刊《光學快報》上發表。
2024年2月，據國家知識產權局公告，福耀玻璃申請一項名為“一種適用于激光雷達內置的夾層玻璃及包含其的車輛“。通過該技術提高激光雷達紅外波段光譜的透過率。
2025年11月4日，上汽集團旗艦·智己LS9全球首發，其搭載的深圳市速騰聚創科技有限公司520線激光雷達檢測能力是128線3倍以上。截至2025年11月，該激光雷達是全球唯一一款可量產的500線以上激光雷達。
工作原理
激光雷達是一種工作在從紅外到紫外光譜段的雷達系統，其原理和構造與激光測距儀極為相似。激光雷達的測距原理是通過測算激光發射信號與激光回波信號的往返時間，計算出目標的距離。根據所發射激光信號的不同形式分類，激光測距方法有脈沖法、干涉法和相位法等。
此外，激光雷達的測距原理可以分為TOF 和FWCW。
TOF即飛行時間法，通過直接測量發射激光和回波信號的時間差，基于光在空氣中的傳播速度得到目標物的距離信息，具有響應速度快、探測精度高的優勢。
FWCW即相干測距法，將發射激光的光頻進行線性調制，通過回波信號與參考光進行相干排頻得到頻率差，從而間接獲得飛行時間反推目標物距離，其中調頻連續波是相干測距法中面向無人駕駛應用的主要方法，是當前市場上的主流技術路徑。
脈沖法
用脈沖法測量距離時，首先激光器發出一個光脈沖，同時設定的計數器開始計數，當接收系統接收到經過障礙物反射回來的光脈沖時停止計數，計數器所記錄的時間就是光脈沖從發射到接收所用的時間。光速是一個固定值，所以只要得到從發射到接收所用的時間就可以算出所要測量的距離。脈沖法測量的精度和分辨率與發射信號帶寬或處理后的脈沖寬度有關，脈沖越窄，性能越好。
干涉法
干涉法的基本原理是利用光波的干涉特性而實現距離測量。根據干涉原理，產生干涉現象的條件是有兩列相同頻率、相同振動方向的光相互疊加，并且這兩列光的相位差固定。干涉法測距技術雖然已經很成熟，測量精度較高，但它一般用于測量距離的變化，不能直接用它測量距離，所以干涉法測距一般應用于干涉儀、測振儀、陀螺儀中。
相位法
相位法的測距原理是利用發射波和反射波之間形成的相位差來測量距離。首先經過調制的頻率通過發射系統發出一個正弦波的光束，然后通過接收系統接收經過障礙物之后反射回來的激光。只要求出這兩束光波之間的相位差，便可通過此相位差計算出待測距離。
系統構成
激光雷達由激光發射系統、光學接收系統、轉臺和信息處理系統等組成。
發射系統
各種形式的激光器。接收系統采用望遠鏡和各種形式的光電探測器。激光雷達采用脈沖和連續波兩種工作方式，按照探測的原理不同，探測方法可以分為米散射、瑞利散射、拉曼散射、路易·布里淵散射、熒光、多普勒等。激光器將電脈沖變成光脈沖（激光束）作為探測信號向目標發射出去，打在物體上并反射回來，光接收機接收從目標反射回來的光脈沖信號（目標回波），與發射信號進行比較，還原成電脈沖，送到顯示器。
接收器
接收器準確地測量光脈沖從發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出之前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。然后經過適當處理后，就可獲得目標的有關信息，如目標距離、方位、高度、速度、姿態甚至形狀等參數，從而對目標進行探測、跟蹤和識別。根據掃描機構的不同，激光測距雷達有2D和3D兩種激光測距方法主要分為兩類：一類是連續波測距法；另一類是脈沖測距方法。連續波測距一般針對合作目標采用性能良好的反射器，激光器連續輸出固定頻率的光束，通過調頻法或相位法進行測距。
主要特點
激光雷達由于使用的是激光束，工作頻率高，因此具有以下特點。
（1）分辨率高。激光雷達可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率。通常角度分辨率不低于0.1 mrad，也就是說可以分辨3 km距離上相距0.3 m的兩個目標（這是微波雷達無論如何也辦不到的），并可同時跟蹤多個目標；距離分辨率可達0.1 m；速度分辨率可達10 m/s以內。
（2）隱蔽性好、抗有源干擾能力強。激光直線傳播、方向性好、光束非常窄，只有在其傳播路徑上才能接收到，因此敵方截獲非常困難，且激光雷達的發射系統（發射望遠鏡）口徑很小，可接收區域窄，有意發射的激光干擾信號進入接收機的概率極低；另外，與微波雷達易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同，自然界中能對激光雷達起干擾作用的信號源不多，因此激光雷達抗有源干擾的能力很強，適于工作在日益復雜和激烈的信息戰環境中。
（3）低空探測性能好。微波雷達由于存在各種地物回波的影響，低空存在有一定區域的盲區（無法探測的區域）；而激光雷達只有被照射到目標才會產生反射，完全不存在地物回波的影響，因此可以“零高度”工作，低空探測性能很強。
（4）體積小、質量輕。通常普通微波雷達體積龐大，整套系統質量數以噸記，光天線口徑達幾米甚至幾十米，相比之下，激光雷達輕便、靈巧，發射望遠鏡的口徑一般只有厘米級，整套系統的質量最小的只有幾十公斤，架設、拆收簡便，結構相對簡單，維修方便，操縱容易，價格較低。
激光雷達工作時受天氣和大氣影響較大。在大雨、濃煙、濃霧等壞天氣里，衰減急劇加大，傳播距離大受影響。大氣環流還會使激光光束發生畸變、抖動，直接影響激光雷達的測量精度。此外，由于激光雷達的波束極窄，在空間搜索目標非常困難，只能在較小的范圍內搜索、捕獲目標。
分類
機械分類
激光雷達按有無機械旋轉部件，可分為機械激光雷達、固態激光雷達和混合固態激光雷達。
機械激光雷達
機械激光雷達帶有控制激光發射角度的旋轉部件，體積較大、價格昂貴，但測量精度相對較高，一般置于汽車頂部。
固態激光雷達
固態激光雷達依靠電子部件來控制激光發射角度，無須機械旋轉部件，故尺寸較小，可安裝于車體內。
混合固態激光雷達
混合固態激光雷達沒有大體積旋轉結構，采用固定激光光源，通過內部旋轉玻璃片改變激光光束方向，實現多角度檢測，并且采用嵌入式安裝。
線束分類
根據線束數量的多少分，激光雷達又可分為單線束激光雷達與多線束激光雷達。
單線束激光雷達
單線束激光雷達掃描一次只產生一條掃描線，所獲得的數據為2D數據，因此無法區別有關目標物體的3D信息。由于單線束激光雷達具有測量速度快、數據處理量少等特點，被廣泛應用于安全防護、地形測繪等領域。
多線束激光雷達
多線束激光雷達掃描一次可產生多條掃描線，目前市場上多線束激光雷達產品主要包括4線束、8線束、16線束、32線束、64線束和128線束等，再細分可分為2.5D激光雷達及3D激光雷達。2.5D激光雷達與3D激光雷達最大的區別在于激光雷達的垂直視野范圍。
應用領域
生產生活
激光雷達的作用是能精確測量目標位置、運動狀態和形狀，以及準確探測、識別、分辨和跟蹤目標，具有探測距離遠和測量精度高等優點，應用于移動機器人定位導航、資源勘探、城市規劃、農業開發、水利工程、土地利用、環境監測、交通監控、防震減災等方面。隨著半導體激光技術的成熟和光電子技術、數字信息處理技術的發展，激光雷達的成本不斷下降，在自動駕駛、智能機器人、工業制造等很多新領域獲得應用。
軍事領域
在軍事上也已開發出火控激光雷達、偵測激光雷達、導彈制導激光雷達、靶場測量激光雷達、導航激光雷達等精確獲取三維地理信息的途徑。此外，激光雷達在低空飛行直升機障礙物規避、化學/生物戰劑探測和水下目標探測等方面已進入實用階段。例如，美國研制的直升機超低空飛行障礙規避系統，使用固體激光二極管發射機和旋轉全息掃描器可檢測直升機前很寬的空域，地面障礙物信息實時顯示在機載平視顯示器或頭盔顯示器上。其它軍事應用研究亦日趨成熟。
車載領域
在車載領域，激光雷達根據激光線束可分為單線激光雷達和多線激光雷達。單線激光雷達通常置于車前，用于探測車輛前方障礙物；多線激光雷達一般置于車頂，采用旋轉掃描的方式可獲得車輛360°范圍的目標。常見多線束激光雷達有16線、32線、64線、128線等。線束越多，可掃描的平面就越多，獲取的目標信息就越詳細，但線束越多，點云數據量越大，對數據存儲和數據處理的要求就越高。
參考資料 >
激光雷達的過去、現在和未來.澎湃新聞.2024-02-20
我國科學家實現激光雷達系統研制重大突破.央視新聞.2024-01-03
機載激光雷達測深技術與應用研究進展.河北省自然資源廳.2024-02-12
貴州首部氣溶膠激光雷達投入試運行 環境大氣觀測進入新時代.中國新聞網.2022-07-05
我國科學家實現激光雷達系統研制重大突破.同花順財經.2022-07-06
福耀玻璃申請激光雷達內置夾層玻璃專利，提高激光雷達紅外波段光譜的透過率.金融界.2024-02-21
全球唯一可量產500線以上激光雷達實現上車.今日頭條.2025-11-05