高精度测绘激光雷达研究进展

毛庆洲; 周昊; 吴安磊; 周宝定; 段志鑫; 李清泉

doi:10.13203/j.whugis20260348

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高精度测绘激光雷达研究进展

摄影测量与遥感 | 更新时间：2026-10-15

- 高精度测绘激光雷达研究进展
- Advances in Precision Surveying LiDAR
- 武汉大学学报（信息科学版） 2026年51卷第11期页码：2374-2394
- 作者机构：
  
  1.武汉大学遥感信息工程学院，湖北武汉，430079
  2.深圳大学广东省城市空间信息工程重点实验室，广东深圳，518060
  3.湖北珞珈实验室，湖北武汉，430079
- 作者简介：
  
  毛庆洲，博士，教授，主要研究方向为高精度激光雷达核心传感器及精密工程测量应用。qzhmao@whu.edu.cn
  周昊，博士。zhouhao2015@whu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(42471478);湖北省中央引导地方科技发展资金(2026EKA008)
- DOI：10.13203/j.whugis20260348
  中图分类号： P237
- 收稿：2026-09-01，
  
  纸质出版：2026-11-05
- 稿件说明：
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毛庆洲,周昊,吴安磊，等.高精度测绘激光雷达研究进展[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(11):2374-2394.

MAO Qingzhou,ZHOU Hao,WU Anlei,et al.Advances in Precision Surveying LiDAR[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(11):2374-2394.
毛庆洲,周昊,吴安磊，等.高精度测绘激光雷达研究进展[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(11):2374-2394. DOI：10.13203/j.whugis20260348

MAO Qingzhou,ZHOU Hao,WU Anlei,et al.Advances in Precision Surveying LiDAR[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(11):2374-2394. DOI：10.13203/j.whugis20260348

摘要

高精度测绘激光雷达是以获取目标及场景高精度三维空间信息为核心任务的主动式光电探测系统，在实景三维重建、数字孪生城市和新型基础测绘等重大应用中发挥着不可替代的作用。在概念内涵上，测绘激光雷达与避障激光雷达在任务目标、空间基准和指标侧重上存在本质区别，其性能评价涵盖几何测量、回波探测、时间同步和环境适应性等多个维度。在技术体制上，从探测原理、光源波长、扫描方式和搭载平台4个维度可系统划分其分类体系，各类平台在测程、精度和覆盖范围上呈现明显的分化与互补格局。在关键技术层面，全波形处理、测距模糊与多脉冲解算、扫描机构与精密测角、系统误差标定与动态补偿是决定系统性能的核心环节，国内外在这些领域的研究各有侧重且仍面临若干技术瓶颈。未来，测绘激光雷达将在全波形实时处理、高重频测距模糊解算、扫描机构与精密测角、系统误差标定与动态补偿等本源技术上持续突破，并呈现多体制融合、固态扫描、光子集成以及低成本化等发展趋势。

Abstract

Surveying light detection and ranging（LiDAR） is an active electro-optical detection system whose core mission is to acquire high-precision three-dimensional (3D) spatial information of targets and scenes

playing an irreplaceable role in applications such as 3D real-scene reconstruction

digital twin cities

and new fundamental surveying and mapping. Over the past decades

it has evolved from single-point rangefinders into sophisticated multi-platform

multi-regime systems

driven by breakthroughs including full-waveform digitization

multi-pulse resolving techniques

single-photon sensitive detection

and wavelength diversification from 1 064 nm to eye-safe 1 550 nm

blue-green dual-wavelength

and multispectral sources. Surveying LiDAR is fundamentally distinguished from environment perception LiDAR—widely deployed in autonomous driving and robotics—by its mission objectives

spatial reference framework

and performance metric priorities. While perception LiDAR emphasizes high frame rate and real-time object detection

surveying LiDAR demands millimeter-to-centimeter ranging accuracy

arcsecond-level angular precision

and full-waveform recording capability. A comprehensive performance indicator system is established

covering geometric measurement

echo detection

time synchronization

and environmental adap‑tability

along with the corresponding metrological infrastructure including laboratory calibration

outdoor baseline fields

and traceability chains.The technical architecture is systematically classified along four dimensions: detection principle (pulsed time-of-flight

amplitude-modulated continuous wave

and frequency-modulated continuous wave)

laser wavelength (centered on 1 550 nm

1 064 nm

and 532 nm with extensions toward multispectral sources)

scanning mechanism (rotating mirrors

galvanometer scanners

Risley prism pairs

and wedge mirrors)

and carrying platform (space-borne

large airborne

small unmanned aerial vehicle-borne

terrestrial static

mobile mapping

and portable systems). These platforms exhibit distinct differentiation and complementarity in ranging capability

accuracy

and coverage.Four key technology areas are critically reviewed. Full-waveform processing covers preprocessing

single-echo ranging methods

and multi-echo decomposition approaches including mathematical modeling

deconvolution

and deep learning-based methods. Ranging ambiguity and multi-pulse resolving techniques address the fundamental speed-of-light constraint through coding modulation

multiple repetition frequencies

and point cloud-based resolving

with pulse position modulation emerging as a particularly effective approach. Scanning mechanism and precision angle measurement involve the evolution of drive mechanisms

multi-readhead optical encoders with electronic interpolation

and compensation of beam misalignment during high-speed scanning. System error calibration and dynamic compensation encompass ranging error modeling

scan calibration model development from theodolite-like geometric models to ray-tracing-based beam vector models

self-calibration methods for various platforms

and environmental corrections including atmospheric refraction and refractive correction for bathymetric LiDAR.Future development will focus on the continuous advancement of core sensor technologies

including real-time online full-waveform processing

ranging-ambiguity resolution for high-repetition-rate systems

scanning mechanisms with precision angle measurement

and systematic error calibration with dynamic compensation. Multi-regime fusion

solid-state scanning

photonic integration

and cost reduction enabled by mass production will further reshape the technological landscape of surveying LiDAR.

关键词

Keywords

references

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