2.2.1　激光雷達原理

若發(fā)射激光波長為λ₀，單脈沖能量為E₀，脈寬為τ，則距離發(fā)射系統(tǒng)Z處的大氣介質所受的照度E（λ₀，Z）為：

　　（2-12）

式中　E₀/τ——激光發(fā)射功率；

S（Z）——Z處激光光束的截面積；

σ（λ₀，Z）——Z處的大氣消光系數。

若所照射的大氣介質與激光雷達接收光學系統(tǒng)之間的距離為Z₁，所接收的散射體的散射截面為β（Z₁，Z，θ，λ₀，λ_Z），則激光雷達所接收的散射輻射強度為I（Z₁，Z，θ，λ₀，λ_Z）

　　（2-13）

式中　V（Z₁，Z）——接收視場包含的被激光照射的散射介質的體積。

若接收光學系統(tǒng)的面積為A，則接收回波功率為：

　　（2-14）

式中　T——接收光學系統(tǒng)的光學效率；

σ（λ₀，Z）——接收回路Z處的大氣消光系數。

式（2-14）可化為激光雷達方程的一般形式：

　　（2-15）

在一般激光雷達方程基礎上，對于單端接收的Mie散射型激光雷達，λ₀=λ_Z，σ（λ₀，Z）=σ（λ_Z，Z），β（Z₁，Z，θ，λ₀，λ_Z）=β（Z，π，λ₀），V（Z₁，Z）=cτS（Z）/2，c為光速，則米散射型激光雷達方程為：

　　（2-16）

式中　C_A——激光雷達系數常數（=ATE₀c/2）。

在一次散射的條件下，米散射型激光雷達方程可用下式表示：

　　（2-17）

式中　P_Z——激光雷達接收探測距離Z（km）處的大氣后向散射回波信號，W；

C——系統(tǒng)常數，W·km3·sr；

β（Z），σ（Z）——距離Z處大氣總的后向散射系數（km-1·sr-1）和消光系數（km-1）；

β_a（Z），σ_a（Z）——距離Z處大氣氣溶膠的后向散射系數（km-1·sr-1）和消光系數（km-1）；

β_m（Z），σ_m（Z）——距離Z處空氣分子的后向散射系數（km-1·sr-1）和消光系數（km-1）。