機載激光測探

機載激光測深是一種主動式遙測技術，利用的是光在海水中的傳播特性。海水組成成分複雜，主要有可溶有機物、懸移質、浮游生物等，這些物質一方面影響了海水的透明度，使得海水的透明度從零米到幾十米，這其中影響海水透明度最大的因素是泥沙含量; 另一方面這些物質對光的吸收和散射作用很強，這導致光波在海水中的衰減較大，傳播距離非常短 ^[1]  。

海洋測繪是一切海洋開發活動的基礎，海底地形測量是海洋測繪最基本的任務之一。當前海底地形測量主要通過裝載在測量船上的回聲測深設備實施。因此，測量速度受到很大限制。尤其是在沿岸的淺水區域機動性差、應急保障困難。

多波束測深系統是目前應用最廣泛的海底地形探測系統，然而在沿岸淺水區域，要達到 IHO 頒佈的《海道測量標準》中的全覆蓋要求，卻由於受到多波束測深系統所固有的寬深比的限制，要實現全覆蓋測量的效率將非常低下，根本無法與機載激光測深系統相比 ^[2]  。

世界上得到大家認可的成熟機載激光測深系統主要有5 種，分別是加拿大的 SHOALS 系統、瑞典的HawkEye 系統、澳大利亞的 LADS 系統、美國 NASA的 EAARL 以及 SHOALS 系統的升級產品 CZMIL 系統。這些機載激光測深系統儘管原理上大同小異，但由於應用技術和更新週期的關係，技術指標和系統功能還是有很大的差別。

20 世紀 90 年代初，美國引進了加拿大 Optech公司生產的水文勘測系統 SHOALS 400，並於 2003年再次購買了具有同時測量水深與陸地功能的SHOALS 1000T 測深系統。2005 年，美國海軍購買了擁有在 SHOALS 1000T 基礎上增加高分辨相機、智能化處理軟件的 SHOALS 3000T 測深系統。日本也於2003 年期間購買了測量面積達每小時70平方公里、測量精度滿足國際海道測量組織一級標準的 SHOALS1000 測深系統。

加拿大 OPTECH 公司相繼推出了用於水深測量的 LARSEN500( 1984) 、FLASH( 1988) 、ALARMS( 1998) 、SHOALS 200( 1994) 、SHOALS 400( 1998) 、SHOALS 1000T ( 2003 ) 、SHOALS 3000T ( 2005 ) 、SHOALS 3000 ( 2010 ) 系列產品。 其中，SHOALS3000T 應用多年，在機載激光測深領域最為成熟，在日本、美國、中國台灣都得到廣泛的應用。

在機載激光測深系統的研發和應用方面，瑞典的 Saab 公司( 包括後來的 AHAB 公司) 先後開發了Flash 系統和 Hawk Eye 系統。海軍部沿岸測量隊利用 Hawk Eye mark Ⅱ系統先後在瑞典國內外完成許多卓有成效測量任務的。

目前，Hawk Eye Ⅱ系統是瑞典最為成熟和最具代表性的機載激光測深系統。

澳大利亞 20 世紀 70 年代就已經開始了機載激光測深系統的研製，後來以 RAN LADS 命名的機載激光測深系統就是根據從 1975 ～ 1985 年的研究而設計的，系統研製成功後，進行了多次海上試驗。1989 ～ 1993 年澳大利亞國防部委託 Vision 系統公司對 LADS 進行重新研製，自 1993 年以來，澳大利亞皇家海軍海道測量局就一直利用這套機載激光測深系統進行測量，6 年來的測量面積約 60 000平方公里。

1995 年，Vision 系統公司又投資2 400 萬澳元研製新的機載激光測深系統，並命名為 LADS MkII。該套系統於 1998 年 9 月投入使用，安裝在 Dash 8－202固定翼飛機上。LADS MkII 系統能以傳統聲學方法20 倍的效率對淺水區進行測量，但總的經費只需傳統方法的 20%，而且其水深測量精度能夠達到《國際海道測量標準》中的一級精度要求，測量速率為900Hz，測深範圍可達70m，掃描寬度為240m。

CZMIL 機載激光測深系統作為 SHOALS 3000T的升級版本，其技術指標的有關信息是 2011 年才公開看到的。該系統是美國軍方 2011 年向加拿大Optech 公司定製的，2012 年將交付美國軍方使用。據瞭解，CZMIL 系統是一套集激光測量傳感器和影像傳感器為一體的新一代水深和沿岸地形測量系統，具有光學孔徑大、空間分辨率高、適合較差水質的顯著特點。

在國內，華中理工大學、上海光機所、長春光機所、西安光機所、青島海洋大學、西安測繪研究所等單位都曾開展過激光水下探測設備的研製論證工作，但都沒有形成商品。中國科學院上海光機所和海軍海洋測繪研究所曾國家 863 計劃等的資助下，開展了機載激光測深系統的研究，於 2004 年完成了系統樣機，並在我國南海成功地進行了飛行測量實驗，獲得了有價值的試驗數據。