答：ICESat

（艺术图，来源：NASA's Goddard Space Flight Center）

ICESat-2卫星当然不是唯一的配备星载激光雷达的航天器。它的前辈ICESat从2003年至2009年就将其激光雷达（称为地球科学激光测高仪系统，缩写为GLAS）观测用于定量分析冰盖和海冰的变化速率，并在极地冰雪遥感应用等方面展示出了无可比拟的优势。美国NASA于2006年发射的“云-气溶胶激光雷达和红外探测卫星”（TheCloud-Aerosol LIDAR Infrared Pathfinder Satellite Observation，缩写CALIPSO）搭载的则是缩写为CALIOP的“带偏振的云气溶胶探测激光雷达”（cloud-aerosol lidar with orthogonalpolarization），它能提供全球的气溶胶、云层的时空分布特性，为研究沙尘输运、火山灰传输、卷云和混合相云特性提供了宝贵的数据支持。此外比较知名的星载激光雷达还有探测风场的ALADIN雷达、NASA/LaRC星载差分吸收雷达、月球观测Clementine系统、火星勘探者的MOLA-2系统、观测空间小行星的NRL系统、后向散射雷达ATLID等。

CESat卫星上的GLAS星载激光雷达

那么，星载激光雷达是什么工作原理呢？如上文所述，星载激光雷达有好几种，原理和设计也不尽相同；限于篇幅，今天只简要介绍ICESat-2卫星上搭载的激光雷达的基本原理。

首先就要说到其前身——ICESat卫星上的GLAS星载激光雷达，它采用双波长工作模式，波长分别为1064nm和532nm，1064nm用于地形测量，双波长共同用于云和气溶胶等大气测量。高度探测的原理是测量自己发射的激光脉冲从发射、到地面发射、再到卫星雷达接收，其间的时间间隔T，计算激光在该时间间隔内所经过距离的一半，即为星载雷达（卫星）到地面的距离H，以真空中光速c计算的话，也就是：H=1/2（cT）。卫星在天上本身可以用GPS精准定位，再配合星载相机和陀螺仪等设备，也可以精确确定激光束的方位，这样精确确定了激光束在地面的投影点后，激光束所经过之处的地形图也就绘制而成。

CESat卫星上的GLAS星载激光雷达工作原理示意图（来源：NASA）

本期讲到的ICESat-2卫星，其星载激光雷达名为ATLAS（是AdvancedTopographic Laser Altimeter System的缩写），原计划按照GLAS的思想设计成低重频（~50Hz）、较大能量（~50mJ）、短脉宽（~6ns）的单光束激光系统，后重新设计成高重频（~10kHz）、微脉冲（几百μJ）、更短脉宽（~1ns）、多光束、非扫描的单光子技术探测机制。ATLAS共发射6束脉冲，分三组平行排列，来产生更详细的地形信息。它仅使用532nm波段探测，每秒发射1万次。

ICESat-2卫星任务徽章

如下图所示，ATLAS向探测目标发射激光脉冲，脉冲发射并被卫星的接收器再接收，经过转换产生波形，通过对波性特征进行分析获取信息，进而计算探测器与目标的距离。计算原理和上文所说的相同，如果T0时刻发射，Tr时间接收，目标与探测器的距离就是：s=1/2*c*（T0-Tr），如下图所示。这就是ICESat-2卫星的星载激光雷达的基本原理。

ATLAS根据回波波形确定时间间隔并计算到目标的距离

留言区·精选

@ 周鹏

通过测量光子从卫星到地球表面的往返时间长度来计算高度。

@ 周登峰

激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。

@ rocky

ICESat2搭载的ATLAS是一种多波束光子计数激光雷达，具有测量精度高、覆盖率快及轻量型等特点。

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