题目：典型目标的激光雷达遥感偏振特性研究

偏振激光雷达遥感技术是激光雷达遥感发展的必然趋势，既是激光雷达遥感应用需求牵引的必然要求，也是新型成像激光雷达遥感系统的先导性研究。在目标识别，特别是不同材料目标的区分、自然背景中人造目标的分辨，植被和农业的综合信息的探测，大气、河流等污染的监测，大气中气溶胶、沙尘暴及卷云等目标的研究等各个领域中，激光雷达遥感目标偏振特性的应用都突显了重要的作用和价值，是传统激光雷达的重要和必要补充。本文针对当前国际上应用需求，对目标的偏振特性，激光雷达遥感偏振成像系统，多波长激光偏振雷达大气遥感探测系统进行了理论和实验的研究；并且重点研究了 Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO)卫星偏振通道数据的在大气探测中的应用。本论文主要工作和创新研究成果如下： 首先运用矢量辐射传输（Vector Radiation Transfer-VRT）方程，研究了单层粒子的后向散射光的偏振特性与各参数之间的关系，为后续研究奠定了必要的理论基础。其次，本论文设计并构建了激光雷达遥感偏振成像系统，从理论上分析了该系统各元件对目标后向散射光的偏振度成像所引入的误差，实现了对目标进行高精度的后向散射光偏振成像。实验结果证明：通过目标后向散射光的偏振图像，能够很好的分辨不同材料的目标，特别是人造目标与自然目标；并且能够在复杂的自然背景中提取、分辨不同材料的人造目标等。激光雷达遥感偏振成像系统在目标分辨、识别等民用和军事领域有重要的应用价值。另外，本论文应用多波长激光雷达遥感系统对大气进行了探测研究，并且对该系统进行了改进：在532nm弹性散射通道添加了偏振通道，实现激光雷达遥感偏振探测。针对该偏振通道，本论文理论模拟了三种不同的校准方法：分子气体校准法、激光旋转90度校准法和激光旋转45度校准法，详细分析了实际大气的变化，以及所有相关参数对系统参数校准和消偏振度计算所引入的误差。根据校准的对中精度要求，研究了一套高精度的对中方法，保证入射到目标的激光偏振方向与偏振通道准确的对中，满足校准及测量要求。理论研究模拟结果为不同条件下的系统实际校准提供了必要的理论参考及依据。本论文进一步研究了三种不同校准方法在计算粒子消偏振度时所引入的误差，结果表明只有第二种激光90度校准与第三种激光45度校准方法可以应用于粒子消偏振度的计算。然后，应用多波长激光雷达遥感系统的532nm偏振通道对大气进行实际的遥感探测研究，数据分析结果显示：消偏振度不仅能够将大气中垂直分布的PBL（Planetary Boundary Layer）层、气溶胶、沙尘暴以及卷云等目标层进行很好的分辩，更重要的是消偏振度能够反应各目标层随时间和高度的变化状态，这是雷达信号和后向散射系数所不能表征的。目标消偏振度的探测在气溶胶、沙尘暴、卷云等目标的研究中有着重要的意义和价值。最后，鉴于卫星遥感没有地理的限制，能够在全球范围进行遥感探测，本文对美国国家航空和航天管理局（National Aeronautics and Space Administration：NASA）的 CALIPSO卫星的偏振通道数据进行了研究分析，对大气中的气溶胶等目标进行了消偏振度计算及分析。结果表明：由卫星遥感数据得到的目标消偏振度信息，能够很好的表征大气气溶胶的种类、特征、高度分布等特征。应用CALIPSO卫星数据研究大气中各目标层的偏振特性，为在全球范围内研究全球气候变化原因、大气污染、气溶胶、沙尘暴等，提供了新的思路和应用价值。