【技术·航天】ICESat-2—用单光子激光雷达从太空测量地球表层高度...

发布网友 发布时间：2024-10-23 21:38

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热心网友 时间：2024-10-26 22:33

地球的认知与测量，是人类追求和谐自然的前提与目标。2018年9月15日，美国NASA发射了ICESat-2卫星，这是冰、云和陆地高程测量的2号卫星，采用定制的光子计数激光雷达探测系统，步入光量子探测时代，使我们能更精确高效地观测极地冰盖变化、全球海面上升与植被高度等，开启了地球认知的新窗口。

光子测量的灵敏性显著提升。激光雷达通过测定激光传播距离与测量平台位置，结合激光束方向，获取目标精确定位信息。传统机载激光雷达使用模拟全波形激光雷达，能区分多层次目标，但设备重，远距离回波受限。光子计数激光雷达则具有极高灵敏度，检测到单个光子即记录一次时间，生成光子点云，使测量过程更加高效。

ICESat-2卫星配置更加强大。延续冰川测量的目标，地面激光足印更小，激光重复频率更高，相邻激光点距离缩短，实现了从“大粗稀”到“小细密”的提升。卫星采用6束激光，组内间隔约90m，精确测量地形坡度，同时，强弱激光组合增加动态范围，确保在各种表面条件下捕捉足够返回光子，确保多数条件下能捕获返回的光子。

应用范围更加多元。ICESat-2卫星观测目标包括冰盖、陆地与云层。重点扫描南北极地海冰与高山高原冰冻雪圈，监测冰盖融化速度、冰川质量与海冰厚度。同时，记录所有掠过目标的高度信息，覆盖陆地、植被、湖泊与海洋，提供全面观测。

光子点云的高精度测量。对于冰盖，ICESat-2能以0.4厘米/年的超高精度测量冰面高程变化，反映冰盖断层与船舶通行性。地形起伏方面，卫星飞行线可提供清晰的地形起伏状况，高程绝对精度高，作为光学遥感图像的控制点。植被高度测量方面，激光光子穿透植被缝隙，计算植被高度，结果与机载激光雷达符合度高，高度中误差达到3.7m。浅层水深测量方面，激光器工作在532nm波段，透水能力强，对南海等海域测量，最深可穿透约30m，测深中误差小于1m，极具应用价值。

遥感卫星发展至今，激光雷达卫星成为观察地球的新视角，使我们能够描绘地球的超高清3D模样。激光卫星眼中，我们能看到山脉、房屋、冰川与水面的细节，以及无限的想象。作者：曹彬才