激光雷达系统在遥感探测技术上的应用

　　目前，随着传统行业对高精度地形地物测绘需求的扩大，以及无人机、无人车以及室内导航与位置服务等新型应用的兴起，国内激光雷达技术应用正在进入蓬勃发展的新时代。同时，随着激光雷达器件的技术进步，激光雷达系统在性能得到提升的同时，传感器也越来越小型化。

利用激光雷达获得的激光点云

　　激光雷达（LiDAR），是一种可以安装在不同遥感平台上的激光探测、测距和定位系统。它集激光测距、惯性测量、高精度定位等技术于一体，通过记录单个激光信号从发射到接收被地物反射的能量所历经的时间，并根据信号发出瞬间由定位定姿系统（POS）测定的激光扫描系统的位置和姿态，可以计算出地物目标的三维坐标，并绘制地形图。

　　与常规摄影测量和遥感技术相比，利用激光雷达技术进行遥感数据获取具有采集速度快、自动化程度高、受天气影响小、数据生产周期短、几何精度高等特点，是获取高分辨率三维地球空间信息的一种新的技术手段。激光雷达遥感作业时采用的搭载平台包括地面、车载、机载、船载、星载等多种遥感平台。

激光雷达遥感探测技术

　　据传感器专家网了解，日前，我国“快速精准测量0-35 km大气温度和气溶胶的先进拉曼激光雷达”通过国家自然科学基金委员会组织的结题验收并获评优秀。该项目依托武汉大气遥感国家野外科学观测研究站的优势资源和力量，长期以来致力于激光雷达遥感探测技术的发展。

　　武汉大气遥感国家野外科学观测研究站是2007年科技部批准的14个地球物理野外站之一。台站坐落在武汉大学珞珈山上，海拔高度为73米， 其地理坐标为（30.55N，114.32E），测量结果代表了中低纬边界上的大气状况，反映了长江中游的地域特色。武汉大气遥感站以自主研发的一系列激光雷达为基础，通过VHF无线电雷达和流星雷达，实现了对从近地面到100km间大气密度、温度，中间层顶钠、铁、钙等金属原子层，低层大气气溶胶、水汽含量，对流层、平流层和中间层大气风场等的遥感探测。利用这些观测数据，对大气结构与扰动、中间层顶金属层结构及成因等物理问题进行了深入的研究。

武汉大气遥感站团队实验室设备及数据图

　　因此在武汉大学珞珈山上，夜间常常有一束绿色的荧光射向苍穹，与周边的建筑交相辉映，成为校园内一道独特的风景。这就是武汉大学电子信息学院易帆教授牵头的武汉大气遥感国家野外科学观测研究站在进行雷达夜间作业。

珞珈山上的雷达站夜间工作图

　　多年来，项目团队成功研制出具备高时空分辨精准测量大气温度和气溶胶的先进拉曼激光雷达系统。在15分／90米时空分辨率条件下，系统测温统计误差在18公里以内小于1K，在35公里以内小于2K，气溶胶体后向散射系数相对测量误差在12公里以内小于5％，为从近地表到低平流层的大气结构和动力学研究等提供了有力支撑。

先进拉曼激光雷达现场工作图

　　另外，在此基础上，项目团队还研制出国际首例基于单支谱提取的转动拉曼激光雷达系统。该种雷达突破了传统的大气温度和气溶胶激光雷达测量原理和方法，可在不假定温度依赖函数、不引入参考温度标定条件下，全天时精准测量大气温度；同时首次去除现今国际上普遍采用的人为假定，全天时精准测量气溶胶和云的光学参数。