[发明专利]一种星载激光近海岸地形探测激光雷达及探测方法

说明书

本发明提供了一种星载激光近海岸地形探测激光雷达及探测方法，包括激光器、发射光学分光装置、大口径望远镜、中继光学装置、多通道光电探测器、激光器控制器、信号采集处理模块、信号调理和探测器控制模块和综合控制器。本发明利用平行双波长激光发射，通过对532nm波长激光回波大、小视场探测实现对深海、浅海海底回波的大动态探测，通过1064nm回波探测，实现对海表的同步探测，从而精确测量近海岸海底地形及水深；通过平行双波长激光发射、偏振接收探测实现大气探测；通过多波束激光发射、分视场接收探测，实现对海洋浪高、近海岸陆地地形的高效率测量，激光雷达采用卫星平台搭载，沿卫星飞行方向连续扫描可实现全球尺度的近海岸地形及水深测量。

技术领域

本发明属于地形探测技术领域，特别涉及一种星载激光近海岸地形探测激光雷达及探测方法，适用于全球尺度上的近海岸地形、浅海地形及水深定量测量，并兼顾浅海海水剖面及大气探测。

背景技术

海洋基础测绘主要由两部分组成：水深测量和沿岸地形测量。海岸地形是沿岸海图的重要组成部分，包括海岸线以上陆地地形、潮间带滩涂地形和浅海水下地形三部分。舰船航行过程不仅仅依赖海图中的水深信息，还需结合沿岸、海岛陆地信息更好的优化航线及实现船舶导航定位，同时近海和沿岸区域是海战场建设的重点方向，其中海军登陆抗登陆作战严重依赖海岸地形信息。

传统的海洋水深测量手段采用船舶声纳回波测深方法，其原理是利用水声换能器向水下发射声波，并接受海底回波，根据回波时间确定测点的水深。由于声波发射波束很宽，因此回波信号会使海底平滑化，不能探测凸起于海床上的礁石或岩石，这样就会遗漏许多海底地形、地貌信息，导致测量精度较低。传统的海洋水深测量方法由于其工作平台和原理的原因，对于船只无法到达或者有争议的海域，无法实施测量，不适用于浅海测绘。

上世纪六十年代，激光雷达(Light Detection And Ranging-LIDAR)一出现，很快被应用于主动海洋探测领域。激光雷达具有探测距离远、时空分辨率高等特点，是探测近海岸浅海地形和水深的强有力工具。现阶段激光雷达测深技术主要为机载平台，并形成一系列成熟的产品。

在国际上，1968年，美国Syracese大学的Hickman和Hogg建造了世界上第一个激光海水深度测量系统，首次阐述了激光水深测量技术的可行性，初步建立了海洋激光探测技术的理论基础。SHOALS(Scanned Hydrographic Operational Airborne Lidar Survey)系统，是国外典型的海洋探测机载激光雷达系统，通过共轴双波长激光发射体制，可实现30m的水深测量能力，但受系统激光发射能量限制，其有效使用飞行高度仅为400m，先后经过20余年的发展，是目前世界上最为先进的激光雷达海洋探测系统。

国内在激光雷达的研制和利用激光雷达在海洋探测领域的研究等方面也开展了大量的研究工作，但是，由于技术成熟度等多方面的原因，目前国际上还没有利用多波束、双波长大能量激光发射的专用于海洋测绘的激光雷达卫星载荷报道。因此，迫切需要国内开发双波长、多波束星载激光近海岸地形探测设备，为全球尺度上的近海岸地形、浅海地形及水深定量测量等提供有效的观测手段。

发明内容