海洋激光雷達在漁業(yè)資源調(diào)查和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用＊

欒曉寧，李菁文，郭金家*，鄭榮兒

(1．中國海洋大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266100;2．北京遙測技術(shù)研究所，北京100076)

在人類研究和認(rèn)知海洋的過程中，針對海洋內(nèi)部進行探測的技術(shù)手段是非常有限的［1］。盡管聲學(xué)探測技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但由于氣/水界面對聲波能量能夠產(chǎn)生接近全反射的巨大影響，給聲學(xué)探測技術(shù)的應(yīng)用帶來一定的局限性。與傳統(tǒng)的聲學(xué)探測技術(shù)相比，光學(xué)探測技術(shù)近年來在水氣界面和淺海探測中獲得快速發(fā)展，特別是海洋激光雷達。作為一種主動傳感器，海洋激光雷達通過發(fā)射大功率的窄脈沖激光，并通過接收設(shè)備接收激光束作用于不同探測目標(biāo)物后產(chǎn)生的各種類型的回波信號，能夠?qū)崿F(xiàn)對海洋環(huán)境多種物理和化學(xué)參數(shù)的快速實時測量。由于海洋激光雷達具備重復(fù)頻率高、探測速度快以及遠距離遙測等優(yōu)勢，因而可以搭載在船舶、飛機甚至衛(wèi)星上，具有很強的機動性能、較大的探測范圍以及較低的運行成本，在搜索效率和探測點密度上都是聲吶等聲學(xué)探測手段無法企及的。雖然在深水探測方面聲吶仍是主要手段，但在淺水探測方面海洋激光雷達已經(jīng)顯示出比聲吶更強的競爭力，是一項極具誘惑力的新技術(shù)。

激光雷達以激光束作為探測手段，通過回波信號的振幅、相位、頻率和偏振等物理參數(shù)來反演探測目標(biāo)物的屬性。而激光與海洋水體以及水體中的各種成分存在著復(fù)雜多樣的作用過程，包括透射、反射、彈性散射、非彈性散射和光致發(fā)光等等。因此，依靠回波信號所包含的豐富的特征信息，海洋激光雷達能夠針對海洋環(huán)境中各種各樣的目標(biāo)物實現(xiàn)從表面狀態(tài)、空間分布、濃度到化學(xué)成分等多種參數(shù)的探測，并具備獲得激光散射深度分布信息的能力，可以用來測繪不同海洋成分的深度分布剖面圖，在水下目標(biāo)探測識別［2，3］、海洋測深［4，5］、表面粗糙度測量［6-8］、激光誘導(dǎo)熒光探測［9-11］等領(lǐng)域均有成功的應(yīng)用實例。

自1968年第一臺激光海洋測深系統(tǒng)研制成功［12］，海洋激光雷達已經(jīng)走過了半個多世紀(jì)的發(fā)展歷程，隨著高性能激光器、高速處理器及高精度定位技術(shù)的不斷發(fā)展，海洋激光雷達已經(jīng)從誕生發(fā)展階段逐漸步入了實用完善階段，并在人類認(rèn)知和利用海洋的過程中發(fā)揮著越來越大的作用，本文從海洋激光雷達的種類和探測原理出發(fā)，對海洋激光雷達發(fā)展及其在漁業(yè)資源調(diào)查和海洋生態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用進行重點闡述。

1 海洋激光雷達的種類

海洋激光雷達是激光技術(shù)應(yīng)用于海洋探測領(lǐng)域的重要分支，具備激光雷達的固有特點和技術(shù)優(yōu)勢，具有較高的測量精度、精細的時間和空間分辨率以及大的探測跨度。海洋激光雷達種類繁多，可以按照激光器類型、探測原理、運載平臺以及功能用途等進行分類。海洋激光雷達系統(tǒng)中的光源大多數(shù)選擇的是氣體或固體脈沖激光器，也有少數(shù)使用氣體連續(xù)激光器，并因用途各異選擇不同的激光波長。通常選用的激光器有XeCl準(zhǔn)分子激光器(308 nm)、氮分子激光器(337．1 nm)、染料激光器(383 nm)、Nd:YAG固體激光器的基頻(1 064 nm)、二倍頻(532 nm)和三倍頻(355 nm)等。此外，針對不同目標(biāo)物的探測需求，還出現(xiàn)了基于拉曼散射的頻移波長(如397 nm)的激光雷達。由于海水對電磁波產(chǎn)生強烈的吸收和衰減，只有在可見光藍-綠波段存在一個狹窄的透射窗口，如圖1所示。因此針對海洋水體內(nèi)部進行探測的海洋激光雷達的工作波長集中在450-550 nm的范圍內(nèi)，由于532 nm的商業(yè)化激光器(Nd:YAG)的成熟度高，其能耗不超過1 kW，重量低于100 kg，體積不超過0．5 m3，高效、緊湊且具有良好魯棒性，在實際海洋激光雷達系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。該激光器的脈沖寬度通常為1-10 ns，對應(yīng)在海水中的距離分辨率在0．11-1．1 m之間;燈泵Nd:YAG激光器能以1-100 Hz的頻率產(chǎn)生1-500 mJ的脈沖能量。采用二極管泵浦的Nd:YAG激光器則更多用于低脈沖能量、高重復(fù)頻率的應(yīng)用場合。

按照探測原理劃分，有多普勒激光雷達、激光熒光雷達、差分吸收激光雷達、合成孔徑激光雷達等等。激光雷達接收的信號類型非常多樣，比如彈性散射信號:如瑞利散射(Rayleigh scattering)、米散射(Mie scattering)、共振散射(resonance scattering)、非彈性散射信號:如拉曼散射(Raman scattering)、布里淵散射(Brillouin scattering)和激光誘導(dǎo)熒光信號(Laser induced fluorescence)，對應(yīng)不同類型的海洋激光雷達。

因運載平臺不同，海洋激光雷達又可分為水下激光雷達、船載激光雷達、機載激光雷達和星載激光雷達。此外，海洋激光雷達的用途也非常廣泛，有針對海洋環(huán)境參數(shù)的海洋測溫和測深雷達、針對海洋溢油監(jiān)測的激光熒光雷達、針對浮游植物和有色可溶有機物(CDOM)的激光熒光水質(zhì)探測雷達、針對大型浮游動物和魚群的漁業(yè)資源監(jiān)測雷達等等。

圖1 可見光波段在各類自然水體中的透射距離示意圖［13］Fig．1 Graphical representation of light transmission in various kinds of natural water

2 海洋激光雷達的探測原理

海洋激光雷達探測的基本原理如圖2所示。從搭載平臺向海面發(fā)射脈寬為納米級的激光脈沖，一部分激光能量被海面反射，另一部分穿過氣/水界面進入海洋水體內(nèi)部，海面反射的回波被接收器接收，設(shè)其時間為t1;穿透海面的那部分經(jīng)海水射向海底，被海底或水中其他物體反射后，再次經(jīng)過海水，穿過海氣界面，回波信號被接收器接收，設(shè)其時間為t2，通過測量時間差△t=t2－t1，可得到海洋水深或者水中物體的深度z:

式中c是光在真空中的速度，m是海水的折射率，在532 nm波長處m=1．341。

激光從水面直接入射到水體，第一個相互作用的過程為氣/水界面的菲涅爾反射，激光束垂直入射平靜海面的菲涅爾反射率約為2%，并在雷達接收機上產(chǎn)生一個很強的海面回波信號，海表面回波信號Ps及海底或海中物體的回波信號Pt是激光測深雷達系統(tǒng)接收的最重要的兩個信號，它們是由測深系統(tǒng)參數(shù)及環(huán)境因素共同決定的。Ps及Pt可用下面的解析式近似表達:

圖2 海洋激光雷達探測原理圖Fig．2 The schematic diagram of oceanographic lidar detecting

式中P0為激光器輸出峰值功率，ρ是海面反射率，σ是空氣衰減系數(shù)，H是運載平臺的高度，A是接收光學(xué)系統(tǒng)面積，E是接收系統(tǒng)效率。R是海底或海中物體的反射率，Γ是有效衰減系數(shù)。從水下反射的回波信號兩次通過氣/水界面的能量損耗大約為4%，對于非偏振光，反射光的能量損耗不超過5%，除非入射角達到約60o。因此，激光在氣/水界面處的能量損耗通?？梢院雎裕?，14，15］。

利用激光脈沖的彈性回波信號可以對大型浮游植物、魚群等具有一定幾何外形尺度的水下目標(biāo)物進行探測，但當(dāng)面對水體內(nèi)部組分以及浮游生物的探測需求時，海洋激光熒光雷達依靠的是激光誘導(dǎo)熒光(LIF)的探測原理。

激光熒光雷達方程如下:

式中△PF為接收的激光誘導(dǎo)熒光能量，PL為激光脈沖能量，ρL和ρF分別為激光發(fā)射波長和熒光波長的海表反射系數(shù)，αL和αF分別為激光發(fā)射波長和熒光波長的大氣衰減系數(shù)，kL和k F分別為激光發(fā)射波長和熒光波長的海水衰減系數(shù)，A為望遠鏡接收面積，ξF為熒光探測通道的光學(xué)接收效率，ηF為熒光物質(zhì)的濃度，δλD和δλF分別為探測器的光譜濾波器帶寬和激光激發(fā)的熒光帶寬，δF為熒光散射截面積，H為運載平臺的飛行高度，△z為待測水體的厚度，z為海水表層測量深度，m為海水的折射率。

3 用于海洋漁業(yè)資源探測的激光雷達

傳統(tǒng)漁業(yè)資源調(diào)查采用的是聲吶探測與拖網(wǎng)采樣相結(jié)合的技術(shù)手段，與之相比，采用機載海洋激光雷達進行漁業(yè)資源調(diào)查具有顯著的優(yōu)勢。由于該技術(shù)可避免對魚群等探測目標(biāo)物群體的驚擾，并在魚群移動前覆蓋足夠大的探測區(qū)域，有效提高了資源調(diào)查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可信度;采用機載方式大大提高了探測效率，運行費用也遠比采用水面船只低廉。

關(guān)于機載激光雷達探測魚群可行性的研究始于上世紀(jì)70年代初［16］。1976年美國海軍用機載的激光雷達成功探測到了南弗羅里達海域的魚群，并用其測繪了新澤西沿岸水域魚群的垂直分布剖面圖［17］。在證實了激光雷達探測魚群的可行性后，一直有人試圖建立激光雷達信號與特定種類魚群密度和數(shù)量的關(guān)聯(lián)，而這需要對特定魚種的目標(biāo)強度有所了解，而目標(biāo)強度與魚種的反射率有關(guān)。所謂目標(biāo)強度，是指被探測目標(biāo)物反射的能量與入射光能量的比值［18］。最初激光雷達反射率的實驗是在水槽中以死亡的魚類作為探測目標(biāo)進行的，Churnside和McGillivary對總共5種魚類和一種烏賊進行了雷達反射率測量［19］，實驗結(jié)果顯示，對于綠色偏振激光，不同魚種的反射率數(shù)值分布在巖魚的0．072和烏賊的0．148的范圍內(nèi)，退偏振度數(shù)值分布在鳳尾魚的0．132到另外一種巖魚的0．345的范圍內(nèi)。1997年，Churnside等［20］采用532 nm偏振激光雷達對水箱中活體沙丁魚的反射率進行了探測，實驗結(jié)果表明，回波的平行偏振組分的漫反射率為9．7%，垂直偏振組分的漫反射率為3．1%，退偏振度為0．24。利用校正后的測量值，該研究小組對南加州海灣中沙丁魚群的垂直剖面分布進行了測繪，并對海洋衰減系數(shù)和雷達信號的波動情況進行了實驗測量［21］。

利用現(xiàn)成的商業(yè)化器件，美國國家海洋和大氣管理局NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)［22］研制出一臺實驗性海洋魚群探測激光雷達FLOE(Fish Lidar Oceanic Experimental system)。隨后FLOE系統(tǒng)不斷改進，加配了一臺彩色數(shù)字?jǐn)z像機，并對信號處理技術(shù)進行升級以區(qū)分水體中魚群與小顆粒的回波信號［23，24］。FLOE系統(tǒng)在北太平洋開展了一系列海洋生態(tài)環(huán)境調(diào)查活動，針對不同密度的魚群和浮游植物的雷達探測數(shù)據(jù)與聲吶探測和拖網(wǎng)取樣的實測結(jié)果進行了比對，將激光雷達探測數(shù)據(jù)與聲吶探測數(shù)據(jù)進行比對后發(fā)現(xiàn)，兩者的探測結(jié)果非常接近［23］，如圖3所示。FLOE系統(tǒng)在加州海岸水域?qū)P尾魚和沙丁魚等商業(yè)魚種也進行了資源調(diào)查［25］，并被用于對槍烏賊以及其他海洋哺乳動物的探測［26］。2002年7月，挪威海洋研究所IMR(the Norwegian Institute of Marine Research)使用NOAA研制的FLOE系統(tǒng)對挪威海的鯖魚密度和分布進行了測繪，以驗證該系統(tǒng)作為資源調(diào)查手段的有效性。在挪威海完成一系列探測飛行后，7月26日-28日，F(xiàn)LOE系統(tǒng)被部署到IMR位于Austevoll的研究站，對不同尺寸的活體鯖魚的反射率和目標(biāo)強度進行了平行偏振和垂直偏振的測量［26］。

圖3 針對相同魚群的聲吶探測數(shù)據(jù)(a)與激光雷達數(shù)據(jù)(b)對比圖Fig．3 Comparison of synoptic acoustic(a)and lidar signal-return data(b)for the same school of sardines

2003年，NOAA環(huán)境技術(shù)實驗室的Churnside等使用532 nm偏振激光器和增強型電荷耦合器件ICCD，研制了一款專用的魚群探測成像激光雷達系統(tǒng)，利用ICCD攝像機的距離選通門控功能，成功探測到了渾濁水體中魚群的反射圖像，并使用改進后的圖像濾波處理算法將原始圖像3．4的信噪比提高到16．4［27］，如圖4所示。

2006年，西班牙的P．Carrera等［28］采用Churnside等研制的海洋激光雷達對歐洲南部的大西洋水域部分深海魚種(鳳尾魚、沙丁魚、鯖魚、竹莢魚)幼苗的分布區(qū)域和密度進行了測繪，并與聲吶探測和拖網(wǎng)采樣的實測結(jié)果進行了對比。根據(jù)實際對比結(jié)果對激光雷達的結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)據(jù)處理方法進行了改進，以期通過激光雷達回波實現(xiàn)對特定魚種豐度的估算。

圖4 NOAA海洋激光成像雷達探測結(jié)果a)ICCD探測圖像b)深度剖面圖(水面附近的強回波為魚群位置)Fig．4 Detection results of NOAA oceanographic imaging lidar(High returns in green symbol near the surface are salmon)

2010年秋季，NOAA地球系統(tǒng)研究實驗室的Churnside等使用新一代的機載海洋漁業(yè)資源監(jiān)測雷達［29］，對加州沿岸水域的沙丁魚群進行長期觀測。該雷達采用的是線偏振的調(diào)Q倍頻Nd:YAG激光器，單脈沖能量120 mJ，脈沖寬度10 ns，重復(fù)頻率20 Hz。在激光器前設(shè)置偏振分束器以提高激光束的偏振度，并利用垂直偏振透射偏振分束器后的微弱光信號觸發(fā)光電二極管產(chǎn)生時間基準(zhǔn)脈沖信號。出射激光束在600 m的飛行高度對人眼仍然不安全，因此通過發(fā)散透鏡使光束產(chǎn)生8．5 mrad的發(fā)散角，并通過一組反射鏡將激光束與作為接收器的望遠鏡在600 m的探測距離上調(diào)節(jié)為共軸狀態(tài)，如圖5所示。

Kaman航天公司生產(chǎn)了一種實用的激光水下成像設(shè)備KF-100Fish Eye機載激光探魚系統(tǒng)［21］。該系統(tǒng)具有掃描和非掃描兩種工作方式，可以探測單條魚和魚群，確定魚群密度，并可區(qū)分海豚和金槍魚，觀察魚的活動，在某些情況下可確認(rèn)魚的種類。橫向搜索寬度200 m～1 000 m。當(dāng)固定翼飛機速度為220 km/h時，在1 000 m搜索寬度條件下每小時可搜索40 n mile2;當(dāng)直升機速度為148 km/h，在200 m搜索寬度條件下，每小時可搜索5 n mile2。探測深度為15 m，在操作員控制下，測深精度小于1．5 m。

除了對生物量進行估算，海洋激光雷達還可以用來研究特定魚種的行為特點。例如，通過與安裝在同一平臺上的紅外輻射計的觀測數(shù)據(jù)進行比對，激光雷達的探測數(shù)據(jù)顯示沙丁魚群在西北太平洋的熱鋒面處產(chǎn)生聚集［30］，這一探測結(jié)果證實了之前的猜測［31］。與目視觀測手段相結(jié)合，海洋激光雷達在東南白令海水域［32］觀測了鯨、海鳥、鯡魚以及南極磷蝦之間的掠食行為，并探測到了海面附近的魚群對調(diào)查船只的躲避行為，這些探測結(jié)果也得到了其它探測手段的印證［33］。

圖5 NOAA新一代海洋漁業(yè)監(jiān)測激光雷達機載布放(左)與結(jié)構(gòu)示意圖Fig．5 Mounting configuration and schematic diagram of new generation NOAA fishery surveillance lidar

4 用于海洋生態(tài)監(jiān)測的激光熒光雷達

浮游植物貢獻了全球約40%的光合作用，是人類賴以生存的關(guān)鍵。人類社會快速的發(fā)展使脆弱的自然環(huán)境不斷惡化，由此帶來了針對海洋浮游植物監(jiān)測和研究的迫切需求。而針對全球海洋水色的持續(xù)觀測也給海洋上層水體的生物化學(xué)成分的科學(xué)認(rèn)知帶來革命性的變化。通過對浮游植物濃度在全球的空間分布、季節(jié)性周期以及年代演化趨勢的探測，可以在空間和時間尺度上估算海洋初級生產(chǎn)力［1］。而活體浮游植物富含葉綠素a和藻紅蛋白(PBP)等生色團，其濃度是反映浮游植物生物量的可靠指標(biāo)。

基于激光誘導(dǎo)熒光(LIF)效應(yīng)，海洋激光熒光雷達通過向水體發(fā)射紫外或可見光波段的短波長激光脈沖，并接收不同熒光活性粒子發(fā)射的熒光信號，并通過熒光信號的強度、熒光峰位、熒光壽命以及熒光偏振特性反演水體中熒光物質(zhì)的種類和濃度，繼而實現(xiàn)對浮游植物、CDOM、葉綠素等的遙感探測。海洋激光熒光雷達還具備探測混合藻類種群的結(jié)構(gòu)信息和光生理學(xué)特征的能力。海洋熒光激光雷達是熒光光譜探測技術(shù)與激光遙測技術(shù)的完美結(jié)合，利用熒光激光雷達對海洋中的浮游生物和葉綠素、CDOM等有機組分進行探測，不需要取樣、也不需要水下儀器的現(xiàn)場布放，操作簡單、方便，對于海洋生物光學(xué)探測具有很大的便利性，是海洋熒光測量的理想儀器，特別是機載海洋激光雷達以其測量范圍廣、靈活方便，在海洋熒光探測和水質(zhì)監(jiān)測中得到迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用。世界上許多國家也發(fā)展了機載海洋熒光激光雷達系統(tǒng)，法國、德國等已成功的應(yīng)用于業(yè)務(wù)化測量，如表1所示。

表1 部分典型機載海洋熒光激光雷達系統(tǒng)Tab．1 Several typical airborne laser fluorosensor systems

美國研制的AOL-3機載海洋激光雷達就是其中的代表［34］，該激光雷達采用半導(dǎo)體泵浦固體激光器，同時發(fā)射532 nm和355 nm兩個波長，接收子系統(tǒng)設(shè)有七個通道，可探測海水水體瑞利散射、拉曼散射以及葉綠素等有機組分熒光。

圖6 AOL-III海洋激光雷達系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖與機載布放圖(右)Fig．6 Schematic diagram of AOL-III oceanographic lidar system and its mounting configuration on the aircraft

在此基礎(chǔ)上，進一步發(fā)展了FEX/FEM LIDAR系統(tǒng)［35］，該系統(tǒng)采用OPO可調(diào)諧激光器作為激發(fā)光源，OPO激光器調(diào)諧范圍為410-680 nm，一個高分辨率ICCD光譜儀對激發(fā)的熒光光譜進行分光探測。法國研制的機載海洋熒光激光雷達系統(tǒng)FLS(Fluorescent Lidar System)結(jié)合被動高光譜成像儀(Hyperspectral Imager)對海洋表面的溢油污染和海洋生態(tài)環(huán)境污染進行監(jiān)測［36］。FLS系統(tǒng)采用308 nm激光器作為激發(fā)光源，500通道光電二極管陣列作為探測器，光譜范圍300-500 nm。德國Oldenburg大學(xué)［38］研制一套海洋熒光激光雷達系統(tǒng)(LFS)，他們所采用的激光器的激發(fā)波長為308 nm和383 nm，采用12個接收通道接收海面受激發(fā)射的熒光，光譜覆蓋范圍為330-680 nm。飛機的工作高度為100-300 m，采用橫向掃描工作方式，探測的刈幅寬度為150-450 m。該系統(tǒng)與紅外/紫外線掃描儀一起使用，多次對浮游植物、黃色物質(zhì)和海面溢油等進行了成功的探測。韓國的機載激光雷達系統(tǒng)［39］采用直升機作為運載平臺，可對海水中葉綠素濃度、有色可溶有機物以及陸地植被進行探測，工作時飛行高度可至530 m，是目前文獻報道中飛行高度最高的。系統(tǒng)激發(fā)光源采用Nd:YAG激光器，發(fā)射1 064 nm(600 mJ)、532 nm(280 mJ)和355 nm(100 mJ)波長，接收采用f/3、口徑200 mm的望遠鏡，探測器采用1024通道ICCD。

中國海洋大學(xué)自“七五”國家科技攻關(guān)起相繼進行了海表層溫度、海洋光學(xué)參數(shù)、海洋熒光、懸移質(zhì)、海底深度等方面的藍綠光探測研究，并研制了相應(yīng)的船載激光雷達系統(tǒng)，并在我國東海、黃海、渤海進行了大量的實驗。十五期間，該實驗室在參與承擔(dān)的“航空遙感多傳感器集成與應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)”科研項目中研制成功了一套機載海洋熒光激光雷達用來測量海表層的葉綠素濃度。該系統(tǒng)搭載在中國海監(jiān)B-3808飛機上相繼在煙臺、大連、青島等海域進行了六個架次的飛行實驗，取得了飛行海域的大量葉綠素濃度數(shù)據(jù)，并積累了豐富的機載海洋熒光激光雷達設(shè)計、制造、實驗等方面的技術(shù)和經(jīng)驗［40］。該機載海洋熒光激光雷達的激發(fā)波長為355 nm，單脈沖能量為80 mJ，脈沖寬度8-10 ns，望遠鏡口徑為200 mm，采用雙通道光電倍增管接收光譜儀收集的404 nm海水拉曼熒光和685 nm葉綠素?zé)晒?。工作時飛行高度為150 m-300 m。

十一五期間，中國海洋大學(xué)進一步研制了24通道機載海洋熒光激光雷達系統(tǒng)［41］，該系統(tǒng)先后經(jīng)高塔試驗和機載飛行試驗，工作狀態(tài)良好，可有效對海面溢油、CDOM、葉綠素a進行測量。目前采用多通道接收系統(tǒng)是國際上海洋激光雷達的普遍趨勢，劉金濤等［42］在實驗室中，以光學(xué)參量放大器(OPO)為光源，應(yīng)用課題組研制的32通道激光雷達系統(tǒng)，實現(xiàn)了對三十余種中國海常見的浮游植物三維激光熒光光譜的測量。

結(jié)束語

海洋激光雷達與海洋生物探測相關(guān)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在漁業(yè)資源探測和海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測兩個方面，前者常采用藍綠光激光雷達，通過對激光回波信號的識別提取以獲得魚群分布區(qū)域和密度信息，結(jié)合偏振特征分析可對魚群種類進行識別;后者常采用海洋激光熒光雷達，通過對激光誘導(dǎo)目標(biāo)物發(fā)射的熒光等光譜信號的探測分析以獲得海洋浮游生物及葉綠素等物質(zhì)的種類和豐度分布信息。本文對這兩種海洋激光雷達技術(shù)原理、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進行了詳細的論述。目前這兩種海洋激光雷達國外已有成熟的產(chǎn)品進行應(yīng)用，我國尚處在跟蹤研究階段，有些技術(shù)和工藝問題還有待完善。

伴隨著平臺技術(shù)的發(fā)展和海洋信息化程度的提高，給海洋激光雷達技術(shù)提出了新的要求，其未來發(fā)展趨勢和特點可歸納為以下幾點。1)提高小型化自動化程度，以便搭載無人機、無人船等平臺進行全天候無人值守自動測量;2)采用更多的激發(fā)波長和更多的探測通道，以獲取更為全面的信息;3)通過與模型的結(jié)合、優(yōu)化算法，為海洋調(diào)查提供更好的數(shù)據(jù)產(chǎn)品;4)通過與其他探測手段(如衛(wèi)星遙感)相結(jié)合，以拓寬海洋激光雷達的應(yīng)用范圍。

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