为了提高脉冲激光测距回波时刻解算方法的应用场景适应性,将回波时刻解算问题转换为波形分类的问题,采用深度学习的新方法实现回波时刻的解算。通过仿真模拟计算产生0.1 ns时间分辨率的不同距离、信号幅度、波形形状和噪声的样本回波数据,训练一维卷积神经网络模型,在样本测试集上获得了99.85%的分类精度;采用深度学习方法和高斯拟合方法处理同样的机载激光雷达回波数据,墙面线扫数据解算结果相关系数为0.99981,外场飞行试验数据平面拟合残差均在20 mm左右,两种方法回波时刻解算效果相当。结果表明,新方法能够满足机载脉冲激光测距回波时刻解算要求,具备进一步提高解算精度和适应更多应用场景的潜力。

根据机载激光测深系统扫描部分结构,针对圆镜偏轴卵形扫描方式, 从光束发射方向出发, 基于扫描结构轴向关系利用光线反射定律推导出激光出射方向向量, 结合激光出射位置到海表点距离获得海面激光点坐标; 依据光线折射定律, 利用变折射率光线追踪算法推导出海底测深点坐标计算公式, 建立海面激光入射点及海底测深点坐标严密计算模型。根据模型定位公式, 分析扫描系统视准轴误差影响, 通过数值模拟, 分析扫描系统视准轴误差对定位精度影响, 为扫描系统单体设备加工、装调、集成检校提供依据, 为机载雷达测深系统提供海底测点精确计算、改正提供参考。

针对林业、建筑、近海、岛礁和滩涂的测绘要求, 中国科学院上海光学精密机械研究所开发了具有自主知识产权的机载双频激光雷达产品样机, 可以同时完成对陆地地形和海底地形进行测绘。该样机在三亚蜈支洲岛进行了飞行试验, 最大探测深度达到30 m, 等效一类水质条件下可达50 m, 最小探测深度达到0.22 m, 测深数据和单波束声呐数据对比中误差为0.108 m, 实地测量数据和陆地点云量测数据比对中误差为0.18 m, 试验结果基本符合设计预期, 为进一步产品定型打下了良好的基础。

机载双频激光雷达探测技术利用双波长激光实现海陆一体化测绘，从1969年至今，国际上已经形成了成熟的商业产品，应用于海洋、海岸带和岛礁的探测。中国科学院上海光学精密机械研究所从1998年开始，先后研发了三代机载双频激光雷达，完成了从原理样机阶段到产品样机阶段的转化。最新的Mapper5000系统在南海完成了11个架次的机载飞行试验，获得南海岛礁的三维地形数据，最大实测深度达到51 m，最浅水深达到0.25 m，测深精度为0.23 m，水平位置精度为0.26 m，海洋测点密度为1.1 m×1.1 m，陆地测点密度为0.25 m×0.25 m。

针对机载双频激光雷达特有的卵形扫描结构，着重分析了结构中会对系统定位精度产生影响的误差源，主要包括电机转轴与编码器安装产生的偏心误差、卵形扫描镜安装误差和光学调整误差；提出了机载双频激光雷达的误差模型，并依据该模型定量分析了各种误差对机载双频雷达定位精度的影响。研究表明，上述误差均会对系统的定位精度产生较大影响，且对扫描线上的每个点产生的影响各不相同，多种误差耦合后难以通过建立系统整机矫正模型予以修正，因此在激光雷达的结构设计、器件选型、结构加工和系统装调等各个环节要控制误差的引入，并在装配过程中量化误差大小以便后期进行误差矫正，减弱和消除这些系统误差对于提高机载双频激光雷达系统的定位精度有着重要的影响。

机载激光测深系统能够快速、高效地测量浅海、岛礁、暗礁及船只无法安全到达的水域，能够提供近岸全覆盖50 m水深测量；船载移动测量系统可以获得近岸浅海水底地形数据及近岸岛礁精细三维激光点云，二者数据在测量区域以及测量范围上具有一定的互补性。文中采用一种基于曲率特征点的改进迭代最近点（ICP）算法，将国产机载测深系统和船载移动测量系统获取的机载激光测深数据、多波束数据、三维激光扫描数据进行配准融合。结果表明，通过将二者数据进行配准融合，可以实现陆地、浅海区域海陆地形的全面精准描述、海陆基准统一，有助于海岛礁地形地貌认识、水下目标物探测及发现等。