ICESat-2（Ice， Cloud and Land Elevation Satellite-2）是世界首颗采用光子计数模式的激光测高卫星，可快速获得高精度、大尺度地面三维数据。光子探测机制使得数据中除了地面信号外，还包含大气散射等背景信号，需要通过滤波才能获得地形等信息。为分析ICESat-2背景和信号光子的分布特点及点云滤波算法的效果和适用性，本文首先选取了六种地表覆盖类型（城市、海冰、沙漠、植被、海洋及冰盖/冰川）及不同观测条件的数据，对其背景光子率进行统计分析。分析结果表明：白天观测数据的背景光子率平均为10⁶（点/秒）数量级，远高于夜晚观测数据的背景光子率——10⁴（点/秒）数量级，弱波束的背景光子率与强波束背景光子率相当，六种地表覆盖类型中，冰盖/冰川的背景光子率最高。然后，根据统计结果筛选出21组测高数据，并选取七种具有代表性的点云滤波对其进行去噪实验，分析精度后得出结论：改进局部密度法的去噪效果最佳，算法召回率、精准度和F值均大于0.90，算法较为稳定。最后，对所选取各滤波算法的精度、特点与适用性等性质进行了总结与分析，可为后续该数据的使用和滤波算法的选择提供参考。

美国NASA于2018年发射的ICESat-2 (The Ice, Cloud, and land Elevation Satellite-2)卫星上搭载的ATLAS （Advanced Topographic Laser Altimeter System）是目前为止全球唯一一个对地观测的星载光子计数激光雷达，具有较高的轨向空间采样率，为用遥感的方法探测海浪要素提供了可能。光子计数激光雷达用于海浪探测的前提是能够准确地提取来自海面的信号光子，并确定瞬时的海面廓线。迄今为止，用星载光子计数激光雷达探测海面形态和海浪要素的研究鲜见报道，也缺少专门针对海面信号光子的提取方法。基于海面信号光子的分布特点，文中提出了一种新的信号提取算法：首先通过直方图统计及自适应的阈值选取完成对海面回波光子的粗去噪；然后基于激光雷达光斑尺寸和海面波动特点，选取合适的搜索邻域计算信号点和噪声点密度，根据两者点密度差异对信号光子和噪声光子分类；最后用高斯函数拟合的方法进一步去除密度较大的后向散射噪声光子，最终得到来自海面反射的信号光子。利用上述算法提取了太平洋7个不同海况区域的海面信号光子和瞬时海面廓线并进一步计算出当地海浪的峰值波长和周期。将计算结果与同期欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)的全球大气再分析ERA5(ECMWF Re-Analysis5)数据作对比，在不同风速、水深的海域都获得了基本一致的结果，超过半数区域的海浪周期误差在5%以内，初步证明了星载光子计数激光雷达观测成果用于海浪要素计算的可行性。

在浅水测深技术中，星载激光测量系统可以覆盖一些机载/舰载系统难以到达的偏远水域，具有比被动光学影像水深测量精度更高、可全天时工作等独特的优势。以稀疏而少量的主动星载激光测量值为水深标定点，融合被动星载遥感影像，主被动融合的浅水测深是当前的趋势。本文首先介绍了星载单光子激光雷达的工作范围、物理参数和数据产品，概述了测量原理，综述了现有的星载单光子激光雷达测深的理论传输模型，对比了不同的点云数据去噪处理算法的优劣，归纳了星载融合测深反演技术在不同环境中的应用，总结了当前存在的问题，并对该技术未来的前景和发展方向进行了展望。

新型星载光子计数雷达可获取地面及地面目标的高精度三维信息，但是其测量精度受噪声影响较大。针对在背景噪声不一致及坡度较大区域自动化提取单光子激光数据信号较为困难的难题，文中提出基于多特征自适应的单光子点云去噪算法，有别于传统圆形或椭圆形滤波核，选择更加符合单光子点云数据特征的平行四边形滤波核，分别通过坡度、空间密度、噪声率等多特征自适应识别信号。选择位于青藏高原冰川区域坡度较大且地形破碎的ICESat-2单光子点云数据，开展点云去噪试验和验证，通过与ATL03、ATL08官方去噪结果对比，文中算法在背景噪声水平不一致和大坡度区域具有更优的性能。

针对当前无输入参数的四叉树去噪方法在强噪声背景下对噪声光子误识率较高的缺陷，提出了一种无输入参数的适应强噪声背景的ICESat-2点云去噪方法。首先，以剪枝四叉树的层值表征光子密度，避免强噪声背景下局部稀疏、相距较近的噪声光子被四叉树分隔层次较多而被误表征为密度过大；然后，自适应求取信号光子的密度阈值，完成噪声光子的一级去除；最后，通过箱线图进一步去除少量未能被剪枝四叉树识别的局部较密的离群噪声光子，实现去噪过程。选择美国北达科他州和加利福尼亚州两个研究区域，对强噪声背景下的ICESat-2点云开展去噪实验验证。实验结果表明：与四叉树去噪方法相比，本文所提方法明显具有更优的去噪性能；本文所提方法去噪后所得信号光子拟合的冠顶和地表曲线与分辨率为1 m的机载激光雷达高程数据产品剖面高程曲线基本一致。

2018年9月15日，美国航空航天局成功发射了ICESat-2卫星，ICESat-2搭载了地形激光测高仪系统（ATLAS），已经广泛应用于极地冰盖高程测量、海冰厚度估算、陆地高程测量、地表植被测量等多个研究领域。不同于GLAS/ICESat，ATLAS在信号探测系统中采用更为灵敏的单光子探测器，每秒发射10 000个脉冲（GLAS/ICESat系统每秒发射40个脉冲），可以获取到重复频率更高、光斑更小的高密度光子计数回波数据，进而实现高精度全球观测。由于ATLAS采用的探测器光电倍增管（PMT）after-pulse的影响，在回波信号脉冲输出后常会出现小幅度脉冲干扰，不能准确反映原始信号波形，所以在实际应用过程中，必须对测量信号进行校正。首先基于ATL03产品，对光子计数回波数据进行预处理，获得了海冰、海洋、陆地和沙漠的廓线信息，结果显示在主信号回波之后均存在两个小的脉冲回波（约2.3 m和4.2 m处），此外陆地和沙漠在10~45 m间存在一个更长时间延迟的脉冲回波，证实了不同反射表面均会受到PMT after-pulse影响。然后利用ICESat-2卫星过境撒哈拉沙漠地区的夜间观测数据，计算了不同波束下的脉冲响应函数，6个波束得到的脉冲响应函数整体形态相似，在主信号回波后出现三个不同幅度的脉冲回波（约2.3 m、4.2 m和6.5 m处）。最后利用6个波束的脉冲响应函数对同一海洋剖面进行校正，结果显示除ATLAS Beam2外，其余波束均可有效滤除主脉冲之后的小幅度脉冲，校正得到真实的水下回波信号。