本文讲述无人机激光雷达测量原理，从全站仪到激光雷达，如有错误之处，欢迎指出
在说激光雷达之前我先讲讲全站仪。全站仪，如果从事过测量工作的人肯定对其十分了解。全站仪是一种很精确的，可以测量物体三维坐标的仪器，其精度甚至可以达到亚毫米级别。全站仪的测量原理是发射电磁波信号，计算原始信号与反射信号的相位差来计算路程。 但是我们要得到的是坐标，而通过相位差测量得到只是距离。这明显就是一个一维到三维的差异。因此我们需要“升维”，从一维到二维，从二维到三维。
从一维到二维，直线发射与接受肯定是处于一维的，只有长短之分，因此我们需要水平的转动我们的全站仪，这样我们就把直线变成了面，完成了一维到二维的转换。但是作为测量仪器，任何的升维我们都需要记录那个维度的尺度信息，对于一维到二维，我们可以理解为从水平旋转，因此我们需要记录水平角度。这个角度记录得越精确，我们得到的测量结果就越准确。对应下图中红色部分，大框的部分我们可以旋转形成水平角，小框的部分我们可以微调水平角，然后全站仪就可以利用编码度盘精确的记录旋转角。
二维到三维与一维到二维的原理类似。三维与二维的区别就是高度，所以与一维扩展到二维原理类似，我们测量垂直角度就可以测量三维坐标了。
全站仪的后视定向，是以一个已知坐标为全站仪架站点，然后后视一个已知方向，通常这个方向为坐标北方位角。因此测量出来的坐标与我们的高斯投影坐标系的朝向是统一的。然后定向成功之后， 以上就是全站仪的测量原理。如有不足和错误之处，欢迎指出。
激光雷达，英文名称为Light Detection and Ranging，是激光探测及测距系统的简称。下面我讲讲解，激光，雷达，以及激光雷达之间的联系和区别。
激光，英文名laser，是“受激辐射光放大器”的英文首字母组合。原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出。被引诱（激发）出来的光子束（激光），其中的光子光学特性高度一致。因此激光相比普通光源单色性、方向性好，亮度更高。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类（来自百度百科）
雷达英文名称，RADAR。源于Radio Detection And Ranging的缩写，意思为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息（来自百度百科）
激光雷达和雷达的英文名称：Light Detection And Ranging和Radio Detection And Ranging，由英文名称可以发现，共性的是Detection And Ranging，即探测和测距。不同的Light和Radio的不同，这有什么不同呢。- 无线电和激光区别就在于工作的电磁波的波段不同，雷达的电磁波的波长（通常为cm-dm级别）要远远大于激光的波长（通常为nm--um级别）。
- 激光雷达，其实指的是激光这种技术去探测和测距，为什么加上雷达主要就是，雷达作为深入人心的一种探测和测距技术和手段，加上去更加容易理解。
激光雷达分为相位式和脉冲式雷达，其测量原理不相同。相位式雷达测距原理与全站仪一样，脉冲式雷达则主要测量脉冲发射和返回的时间差来进行测距。无人机激光雷达以脉冲式为主。
激光雷达一般都是多线激光雷达，以HESAI Pandar 40作为例子，它从上到下共计40个线束，不同线束之间的角度分辨率不一样。由于线束呈垂直分布，当激光雷达转动起来的时候，由于多激光束+不同激光束的测距不一样，因此可以直接得到被扫描物体的三维坐标。当激光雷达被搭载在移动平台上时，就可以得到真实世界的三维坐标，而且获取的数据量是全站仪所不能比拟的。
一般搭载平台有机载，无人机机载，车载，船载，星载等方式。
由于当激光雷达移动时，如果要测量绝对的坐标系，那么必须要联合GPS才可以测量绝对坐标。GPS与全站仪后视定向的时候的已知坐标功能一样。
当然，有GPS必然不够，还必须获取与北方向的夹角，测量水平角，天顶角。这里这三个角可以对应全站仪里面的后视定向，以及水平和垂直度盘。这里的度盘的比喻有点不太恰当。按道理，多线激光雷达旋转时，激光到物体的水平角和垂直角是已知的。确切地说，这里的“水平角，垂直角”对应的是全站仪里面的整平，而我们载体移动的时候不可能整平，但是我们需要测量这种不平整的角度。IMU就是可以测量角度的仪器。一般情况，一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺仪，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺仪检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。在导航中有着很重要的应用价值（来自百度百科）
IMU和GPS都可以测量当前的位置，那么激光雷达是否可以只安装一种设备进行定位定姿呢？答案是否定的。 第一，GPS的更新频率低，一般1-10HZ不等，由于无人机的飞行速度很快，假设为10m/S，那么在10HZ的情况下，也只能测量每一秒的位置，每秒之间的位置是无法测量，这就会导致误差。 第三，IMU的更新频率很高，会达到上百HZ，这弥补了GPS的低频率 第四、IMU随着测量时间的增加，得到的位置会逐渐漂移。因此，过一段时间就需要GPS对其位置进行修正。 因此，必须联合GPS和IMU进行组合导航，使用卡尔曼滤波估计方法可以得到最优的位置和姿态估计。有了位置，角度（GPS+IMU测得），以及激光雷达测量的距离信息，因此就可以得到地面点的坐标了。这就是激光雷达的测量原理
LiDAR七参数坐标转换
什么是LIDAR？它对摄影测量有何用？
Global Mapper中对激光雷达数据进行点云分类和提取
激光雷达（LiDAR）发展简史及其应用
激光雷达在测绘上究竟有哪些应用？