激光是一种具有高度单色性，良好的相干性和较高亮度的彩色光源。机载激光测深原理与回声测深的原理相类似。

如图2.13所示，从飞机上向海面发射两种波段的激光，其中一种为波长1064nm的红外光，另一种为波长532nm的绿光，红外光被海面反射，绿光则透射到海水中，到达海底后被反射回来。这样，两束反射光被接收的时间差等于激光从海面到海底的传播时间的两倍。考虑海水折射率后，激光测深的公式为:

式中:G为光速，3×108m/s；n为海水折射率，无量纲；ΔT为所接收红外光与绿光的时间差(s)。

图2.13　LiDAR测深原理

不同的机载激光测深系统所发射的红外激光和绿光的波长稍不相同，如澳大利亚的LADS II系统的红外激光波长为1064nm，绿光为532nm。美国的HALS系统则相应为1060nm和530nm。海水对520～535nm间的绿光波段的光吸收最弱，因此，这一波段称为“海洋光学窗口”。机载激光测深系统的最大探测深度，理论上可以表达为:

式中:P′是一个系统参量，定义为P′＝PL·ρ·A·E/πH2，无量纲。其中PL为激光峰值功率；ρ为大气-海水界面的反射率，无量纲；A为光探测器接收面积，m2；H为深度，m；E为接收机的效率，W；PB为背景噪声功率，W；Γ为海水有效衰减系数。PB和Γ取决于海区自然条件与海水特性，背景噪声PB还与阳光有关。

机载激光测深系统主要包括5个部分:

①激光扫描系统。该系统通常由激光发射器、回波探测器、光导管、记录器、电源装置、稳定平台装置等部分组成，主要完成深度探测。激光发射器使用两组激光脉冲，红外光束向海面垂直发射，获取飞机离海面的高度。绿光脉冲按照一定的扫描方式，在飞机的下方形成一系列的扫描光斑，通过激光在海水中的传播时间获得测点处的水体深度。激光的发射扫描一般采用直线、弧线、圆形和椭圆形扫描。(www.daowen.com)

②导航定位系统，多采用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)和惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)组合定位系统。GNSS提供飞机的水平位置，惯性导航系统提供飞机的高度、姿态和垂直加速度等信息。

③控制—监视系统。该系统由计算机、显示器等一系列硬件和相应的软件组成，由系统操作员在控制台对系统进行实时控制和监视。

④数据采集处理系统。该系统由计算机、显示器、记录器等一系列硬件和相应的软件组成。用来处理、记录飞机的位置和测点的水深数据，以及系统操作所需的其他数据。

⑤地面处理分析系统。该系统主要完成对所记录的红绿光束进行波形识别，进行滤波和内插处理。计算各个点的深度并进行飞机姿态校正、波浪改正、潮汐改正及其他一些环境参数改正，最终获得海底地形数字成果，并利用此数据经过抽稀后绘制水深成果图。

机载激光测深具有速度快、覆盖率高、灵活性强等优点，因此在某些领域大有可为。机载激光测深可作常规海道测量之用，这也是研制机载激光测深系统的始动力。机载激光测深具有快速实施、大面积测量的优点，被海洋大国广泛应用于沿岸大陆架海底地形测量。如澳大利亚利用机载激光测深系统对其2.10×106km2的大陆架进行测量，使用情况表明测量成果良好可靠。加拿大用其ARSEN-500测量北极海域，克服了天气恶劣、海况复杂等困难，效益明显。其他各国的海试表明，机载激光测深是测深技术的一次革命，虽然它不能替代回声测深，但其潜力不可低估。除了常规的海底地形测量之外，机载激光测深系统的高覆盖率决定了它还能提高探测航行障碍物的探测率。同时，机载激光测深还能提高水下运动目标(如潜艇)的发现概率。对无深度信息的登陆场，机载激光测深系统可迅速、安全地获取信息，从而提高快速反应部队的作战能力。机载激光还可用来测量海区的混浊度，测定温度、盐度。在海洋工程中，机载激光测深可以测定港口的淤积情况等。

一般而言，机载激光测深系统的地面光斑间距在2～4m不等。通常，机载激光测深所能测量的最深海水深度为50m，此深度随水质清晰度的不同而变化。

水下地形成果实际上是通过潮位减去水深的方式计算得到的，若具备水下地形图或者数据，可借助当前水位，通过逆运算得到当前的水深。

式中，D为水深，H为从地形数据中得到的海床或河床上测点的高程，T为当前水位。