不管是单点激光成像技术还是面阵激光成像技术，其主要是由两大部分组成，即提供距离信息的激光雷达扫描仪(LiDAR Scanning，LiDARS)和确定位置、姿态信息的位姿测量系统(Position＆Orientation System，POS)。通过激光雷达扫描仪获取的距离信息联合INS得到的姿态信息和高精度GPS 得到的位置信息能够解算出精确的物体三维坐标，实现三维成像(Zhou et al. 2004)。
激光雷达属于主动遥感光学载荷，其成像的基本原理是：通过激光发射子系统发射一束激光照射目标，然后由接收子系统的光电探测元件转换目标反射的回波信号，再通过处理机得出观察者到目标物的距离信息。
面阵激光雷达按照测量激光飞行时间方式的区别，可以分为直接测距激光雷达技术和间接测距激光雷达技术。其中直接测距型，它是通过并行的多路测时系统直接测量脉冲激光束从发射到返回接收端的飞行时间，然后根据光速和飞行时间计算出目标和探测平台之间的距离，其主要采用的探测器为APD 阵列，该探测器的每一个像元都对应有光电探测和时间间隔测量的能力。另一种间接测距型面阵激光雷达，它不是直接测量激光往返的飞行时间，需要采用鉴频或鉴相技术，把收到的回波信号的相位或者频率变化检测出来，其通常是采用ICCD 探测器对调制后的回波进行探测先获得强度图像，再将多幅强度图像解调获得距离信息。
目前，国内主要是开展基于ICCD 探测器的面阵激光雷达的研究，但是因其间接测距的原理，用于三维成像存在一些天然的不足：(1)ICCD 面阵探测器不能直接获取距离信息，需要采用调制解调方式，且至少两幅强度图像才能得出距离像，导致数据处理量大，同时对处理器和存储空间要求很高；(2)由于采用调制解调方式，接收回波信号时必须使用附加高压调制电源的调制器，生成三维信息时又需要使用处理强度图像的解调器，这些额外器件致使该激光雷达测量系统实现复杂，且体积重量依然较大，难以做到轻小型。考虑到APD 能够简单、快速获取距离信息以及高灵敏度的优点，一旦大面阵APD 技术取得突破，APD 面阵成像技术势必成为未来主流的发展方向。APD 探测器的工作模式可分为线性和盖革模式。工作在盖革模式的APD，突出优点就是灵敏度高可实现单光子探测，它通常是采用光子计数，但其缺点也很明显，无强度信号、过长的雪崩抑制、易形成暗计数、虚警探测概率高、成本高；工作在线性模式下的APD 其灵敏度相对较低，需要较强的回波信号才能探测到，但是该种模式的探测器可以比较容易获得回波强度信号，当探测距离短回波信号足够强时，如果噪声阈值设置合理，还可以减少虚警概率(Williams，2006)。(www.xing528.com)
综合以上的分析，本书选用基于线性模式的APD 作为机载面阵激光雷达的光电探测器，并采用由惯性测量单元IMU 和GPS 接收机集成POS 系统获取姿态和位置信息。其所研究的机载面阵激光雷达系统主要由APD 面阵激光雷达、位姿测量系统即POS 系统以及主控制系统构成，其总体框图如图1-1 所示。APD 面阵激光雷达提供多点距离信息，POS系统为APD 面阵激光雷达提供位姿信息，主控制系统控制面阵激光雷达和POS 系统工作，且分别读取多点距离信息、位姿信息，并将这些数据统一到同一时间轴从而达到同步的目的，最终可解算出目标测量点精确的三维信息。
图1-1 APD 面阵激光雷达总体框图
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