轻量型感知激光雷达(LiDAR)是一种具有环境目标感知能力的主动式三维光学成像技术，在深空探测与无人驾驶领域被广泛应用。回顾了轻量型感知激光雷达关键技术的重要进展，总结了以收发系统和扫描机构为核心的轻量型系统设计，梳理了高精度测距技术和指向误差校正技术的标志性成果，展示了感知激光雷达不同领域的应用，展望了感知激光雷达芯片化、智能化、高性能化的发展趋势。

目标物体的偏振特性是一种固有特性, 由目标的外部结构、内部结构以及入射角度等决定, 因此利用偏振信息研究植物叶片含水量测量。主要研究过程分为以下五个部分: 搭建激光偏振成像测量实验系统、计算目标偏振度、测量叶片实际含水量、建立偏振度与叶片含水量间映射模型、验证映射模型。根据目标与环境特性, 选择和调整实验器件和实验步骤; 基于图像灰度提取方法计算目标偏振度; 采用水分梯度处理方法测量叶片实际含水量; 基于统计方法建立叶片偏振度与含水量的一到三阶函数映射模型, 比较一到三阶模型的稳定性与预测能力分析其适用情况, 为利用偏振测定植物叶片含水量的方面提供理论基础。结果发现: 在含水量所处15%~75%区间内, 偏振度随着水分含量上升呈现一个递增趋势。含水量较高情况下, 递增关系较明显; 含水量较小情况下, 映射关系不显著。

机载LiDAR 中的一些工作参数既有控制误差，又有测量误差，如机载平台的飞行轨迹、姿态角和激光扫描仪的扫描角等，两种误差均会造成点云产品质量降低。为分析两种误差对点云产品精度的影响机理，从理论上分析了两种误差对点云和数字表面模型(DSM)精度的影响，通过数值仿真，模拟了机载LiDAR 的测量过程，以机载平台姿态角参数为例，定量评价及比较了姿态角的控制误差和测量误差对点云分布及DSM精度的影响大小。结果表明，机载LiDAR的测量精度取决于这两种误差的影响，其中控制误差主要造成点云分布区域及密度改变，继而导致DSM失真增大，而测量误差造成点云定位精度和重建DSM 精度降低。因此，需采取措施分别对两种误差进行抑制补偿。

空冷凝汽器散热面温度场测量是研究空冷凝汽器换热机理和传热特性的基础。提出一种基于图像拼接的空冷凝汽器散热面温度场测量方法。利用四台红外热像仪对散热面纵向进行拍摄，通过移动清洗支架对其横向进行拍摄，得到124幅具有重叠区域的红外子图像。对子图像进行几何畸变校正，并消除辐照度不均衡影响。以基管中心为特征，利用灰度投影的相位相关算法进行图像配准，获得散热面的完整配准图像，最大配准误差为1 pixel。基于拼缝处有限行或列的灰度均值对已配准图像进行平滑处理，获得的连续温度场图像的最大空间分辨率较单幅图像提高了4倍，每个像素对应的散热面尺寸为12 mm，测温精度达到±0.4 ℃，可为优化空冷机组运行提供准确全面的空冷凝汽器温度分布信息。

研究了姿态角随机测量误差对机载激光雷达激光脚点定位精度和数字表面模型(DSM)精度的影响。分析了机载激光雷达的工作原理，推导了姿态角随机测量误差与激光脚点定位误差之间的传递关系。通过数值仿真，模拟了3种地形，研究了姿态角随机测量误差对点云及DSM的影响规律。通过半实物仿真实验，定量评价了姿态角随机测量误差对激光脚点定位精度和DSM精度的影响。仿真和实验结果表明，姿态角随机测量误差造成激光脚点定位精度和DSM精度降低。姿态角随机测量误差造成激光脚点平面坐标误差增加较大，是高程误差的4～5倍；当姿态角随机测量误差增大10倍时，激光点云三维坐标误差也增大约10倍，而DSM误差则增大40倍左右。

应用偏振光描述中的变换矩阵与群论的对应关系^[1]和相应的计算理论，讨论了与偏振光学系统中的Jones矩阵、Mueller矩阵相对应的SU（2）群、SO（3）群和Lorentz群的生成元问题，给出了用单位矩阵、Pauli自旋矩阵和稀疏矩阵分别作为无耗偏振光学系统中SU（2）群元（Jones矩阵）和SO（3）群元（Mueller矩阵）生成元以及部分损耗偏振光学系统中的幺模群（Jones矩阵）和Lorentz群（Mueller矩阵）生成元的具体形式；矩阵计算理论说明这些群元的生成元表示可以简化偏振光学系统的计算。

在电磁场理论基础上建立了光纤光栅孤子的矩阵传递函数进行理论分析。基于电磁场理论建立了光纤光栅中的孤子的光波传播电磁波模型,并用光波的复振幅矢量表达式描述,利用Cayley-Hamilton定理和第二类切比雪夫多项式进行化简计算。基于此数学模型的光栅反射率和透射率的数学分析,从理论上得到关于长短周期光栅和深浅度调制光栅的特性分析,并得到光栅初始位置的向前向后电场幅值差对终端孤子的电场分布的影响。此方法对进一步分析非线性光纤光栅的特性和多种形式的光纤光栅的制作有通用价值。

针对偏振成像激光雷达遥感的计算需求，在假设以散射体中心为主坐标系中心的情况下，研究了入射偏振光和散射偏振光坐标系的变换、散射体引起的偏振状态的变化以及散射矩阵与Mueller矩阵之间的几种最基本的变换关系，并从群论的观点给出了这些变换关系的描述。这些变换关系的进一步展开便可得到具体的激光雷达偏振遥感物理量的计算方法，这在解读偏振激光雷达遥感图像的应用中具有实际作用。