激光雷达的应用

（1） 基于激光雷达的移动机器人位姿估计方法综述

位姿估计方法是移动机器人研究的一个核心问题，精确地位姿估计对于机器人的定位、自动地图生成、路径规划等具有重要意义。传统的位姿估计方法在不同程度上都有位移误差较大、成本较高的缺点。而激光雷达刚好解决了这个问题。目前常用的激光雷达为2维脉冲式激光雷达，这种方法有两个重要的步骤：距离数据的表示和距离数据的对应。

数据的表示。利用一对脉冲近红外发射器和接收器，通过测量发射到接受的时间差，即可计算出目标的距离，从而得到关于环境的水平剖面图。对于静态环境的表示方法目前比较好的方法是Gonzalez提出的混合式表达方法，这种方法综合了基于特征的表示方法和占据网格的表示方法而提出的一种同时具有两者各自优点的方法。

距离数据的对应。目前已有的对应方法有特征—特征、点—特征和点—点等。以下主要介绍三类。特征—特征对应方法首先从参考扫描和当前扫描中分别抽取出一组特征，然后是用特征的属性和特征间相对关系对两组特征进行匹配，得到一组特征对，最后使用迭代的方法求解机器人的位姿，使特征对之间的误差最小。点—特征与特征—特征方法的不同主要在于它直接使用当前的原始数据与参考扫描的特征进行匹配，匹配的依据是点到线段的距离。由于这种方法在匹配中直接使用了原始的距离数据，避免了中间的特征抽取过程，因此这种方法的精度略高于特征—特征方法。点对点的方法是利用一个合适的规则直接匹配2个扫描中的数据，从而得到相对位姿的关系，目前这个常用的规则是最近点规则。

（2） 激光雷达技术在城市三维建筑模型中的应用

“数字城市”是数字地球技术系统的重要组成部分，而表达城市主要物体的三维模型包括三维地形，三维建筑模型、三维管线模型。这些三维建筑模型是数字城市重要的基础信息之一。

而激光雷达技术可以快速完成三维空间数据采集，它的优点使它有很广阔的应用前景。机载雷达系统的组成包括：激光扫描器、高精度惯性导航仪、应用查分技术的全球定位系统、高分辨率数码相机。通过这四种技术的集成可以快速的完成地面三维空间地理信息的采集，经过处理便可得到具有坐标信息的影像数据。

利用激光进行三维建筑建模的技术。首先，进行数据预处理。就是结合IMUU记录的姿势参数、机载GPS数据、地面基站GPS观察数据、GPS偏心分量、扫描仪和数码相机各自的偏心分量，进行GPS/IMU联合解算，得到扫描仪及相机曝光坐标下的轨迹文件，进而得到外方为元素。其次，使用LIDAR数据商业处理软件将地面数据与非地面数据分离，生成DEM，在利用纯地表数据对影像外方位元素通过寻找同名像点的方式进行校正快速生成DOM。DEM和DOM叠加在一起就形成了三维地形模型。最后，为了表达真实的城市面貌对三维建筑模型进行纹理贴图。纹理粘贴的方法常见的有手动粘贴和纹理映射两种。常用的纹理获取方法也有两种，第一种方法是对建筑顶部纹理采用航空影像，侧面纹理信息为手持相机实地拍摄。第二种方法为倾斜航空摄影。得到纹理后利用专业软件进行纹理面的选择、匀光处理等将反应建筑现状的影像信息映射在对应的模型上就达到了反映城市现状的目的。

（3） 激光雷达技术的发展及其在大气环境监测中的应用

激光雷达由于探测波长短、波束定向性强，能量密度高，因此具有高空间分辨率、高的

探测灵敏度、能分辨被探测物种和不存在探测盲区等优点，已经成为目前对大气进行高精度遥感探测的有效手段。利用激光雷达可以探测气溶胶、云粒子的分布、大气成分和风场的垂直廓线，对主要污染源可以进行有效监控。

对大气污染物分布的观测。当激光雷达发出的激光与这些漂浮粒子发生作用时会发生散射，而且入射光波长与漂浮粒子的尺度为同一数量级，散射系数与波长的一次方成反比，米氏散射激光雷达依据这一性质可完成气溶胶浓度、空间分布及能见度的测定。

差分激光雷达主要用于大气成分的测定。差分激光雷达的测试原理是使用激光雷达发出两种不等的光，其中一个波长调到待测物体的吸收线，而另一波长调到线上吸收系数较小的边翼，然后以高重复频率将这两种波长的光交替发射到大气中，此时激光雷达所测到的这两种波长光信号衰减差是待测对象的吸收所致，通过分析便可得到待测对象的浓度分布。 在大气中间层金属蒸气层的观测主要采用荧光共振散射激光雷达。其原理是利用Na、K、Li、Ca等金属原子做为示踪物开展大气动力学研究。由于中间层顶大气分子密度较低，瑞利散射信号十分微弱，而该区域内的钠金属原子层由于其共振荧光截面比瑞利散射截面高几个数量级，因此，利用钠荧光雷达研究钠层分布，进而研究重力波等有关性质更展示其独有的特性。

（4） 激光雷达在空间交会对接中的应用

交会对接范围为100km—1m，在实际的空间对接中，当距离大于100km时，航天员可以通过机载微博交会雷达和潜望镜获得两个航天器之间的相对位置。随着两航天器的逼近，当相对距离小于1 0 0 m时，由于硬件的限制，微波雷达不能为最后逼近提供足够精度的测量信息。由于激光本身的波束窄、 相干性好、 工作频率高等优点，激光雷达能在交会阶段直到对接的整个过程中提供高精度的相对距离、速度、角度和角速度的精确测量，因此它既能用于目前的自动寻的、接近和最后的手动逼近操作过程，又能为未来无人交会对接任务提供自主导航的扩展功能。

激光雷达一般由下列部分组成：激光源、发射与接收光路、信号处理、扫描跟踪机构、目标反射器和检测器等。扫描跟踪机构可完成大角度的光束偏转。这种机构大都由两自由度框架组成，框架上固定了反射镜，使光束偏转。由于偏转对象是光束，所以机构可作得十分精巧、细致。目标反射器安装在目标飞行器上，一般用角反射器 ( 三个相互垂直的反射镜组成 )，从而使目标反射器将雷达天线射出的光束按原方向反射回去。此时目标的位置和姿态信息由激光雷达光学接收天线接收，然后进行检测和数据处理 。

激光雷达的测距、测度、和测角原理与微波雷达基本相同。因此用于空间交会对接的激光雷达包含连续波测距器和位置敏感器两个部分。这两个部分通过公用光学装置混合起来。激光雷达 比较可靠和精确的测速方法是测量回波信号的多普勒频移。激光雷达对目标的角跟踪可采用圆锥扫描法和单脉冲法。现在，激光雷达也能用于最后的手动逼近和对接阶段，此时主要用来测量相对姿态。激光测距技术比较成熟，但是激光测量姿态角是一项技术难点。

（5） 激光雷达在油气直接勘察中的应用前景

利用遥感直接探测油气上方的烃类气体的异常是一种直接而快捷的油气勘探方法。激光雷达是激光技术和雷达技术相结合的产物，将其应用于油类勘测已经成为可能。激光器的工作波长范围广，单色性好，而且激光是定向辐射，具有准直性，测量灵敏度高等优点，使其在遥感方面远优于其他传感器。

激光雷达由发射系统和接收系统两大部分组成。发射系统主要包括激光器和发射望远镜；接受系统主要由接收望远镜、光电倍增管和显示器三部分组成。激光雷达技术是根据激光光束在大气中传输时，大气中尘埃微粒和各种气体分子对激光产生弥散射，瑞利散射、拉

曼散射和共振荧光以及共振吸收等现象，然后利用激光雷达接收系统收集和记录上述现象过程中所产生的背向散射光谱，以达到探测大气成份和浓度的目的。

烃类气体是油气田油气微渗漏的主要指示性气体，而近地表的烃类气体从成分上看，主要是由早期的成岩作用、细菌作用和地下热作用等共同作用的结果。共振吸收激光雷选在探测气体分子含量时一般都采用各种可调谐激光器激光雷达探测气体的探测灵敏度，是指激光雷达所能接收到的激光功率细微变化的能力。探测的距离和被测气体分子的吸收截面是影响探铡灵敏度的主要因素。据研究资料介绍，吸收截面越大灵敏度越高；而探测距离越大，灵敏度越高。而路径与灵敏度之间的关系是路径越长，气体分子对激光光束的吸收衰减也越强烈，从而使探测灵敏度大大提高。但是，由于存在着激光光斑的发散和因大气湍流引起的激光传输方向改变的抖动效应，将使激光的有效利用率减小，即信噪比下降，从而影响污染气体分子含量的探测精度。因此探测距离以数公里为宜。

（6）使用超高频雷达和离散回波激光雷达估算温带阔叶林和混交林的生物量 本研究的目的是要确定使用哪种方法能更好的估计温带阔叶林的生物量估计，一种方法是单独使用高频雷达数据来确定，另一种是同时使用高频雷达与小尺寸离散回波激光雷达来估计生物量。激光雷达的分布描述数据和平均归一化雷达截面在每个观测点被用来作为独立变量处理。

研究的区域是在弗吉尼亚州阿波马托克斯 - 白金汉国家森林。首先收集指定区域中的数据。 BioSAR数据是用一艘双引擎飞机收集的，飞机上的雷达发出高频率的波，通过收集反射回来的信号来确定探测物体的信息。可供分析的激光雷达数据是使用便携式机载激光系统在符合BioSAR数据分析要求的13条飞行线路上收集的。激光雷达扫描数据收集时使用的是机载激光雷达测量仪3100系列的传感器，要拍摄的数据包括四个测量值。裸露的地面传回的数据是基于一个专有的算法提供的。普通地面数据的获取是采用空间分辨率为1米的普通克里格插值方法。最后采用以模型为基础的度量计算战略，这种方法适应于直接用地面观察到的生物量与模型比较来估算生物量。最后创建一个最佳子集的线性回归方程作为遥感变量的函数。

结果表明，同时使用高频雷达与小尺寸离散回波激光雷达来估计生物量在估算硬木林和混交林的生物量时使非常有效的。在很多林业研究中，激光雷达，无论是扫描或分析，其对生物量的估计比其他传感器更加准确，而且激光雷达已被证明是准确估计树冠高度，甚至老年，单特异性森林与顶部优势生长形式的有效工具。在林业研究中，甚高频散射机制主要应用于简单的森林结构，如轻轻倾斜针叶林，而较长波长激光雷达具有良好的穿透枝叶特性，这又增加了数据的准确性。

（7）利用激光雷达进行气象研究

激光雷达是一种非常重要的气象仪器，它是基于电磁能量会从目标反射回来的检测原理。像雷达一样，有关目标的性质、距离、角度等数据都可以通过光的散射给我们提供出来。其比雷达更为优秀的是它不仅可以在微波区域进行操作，而且可以在可见光、红外光或更短的区域进行操作。激光雷达是雷达在光学电磁频谱上的一个延拓。由激光发射机生成一个短脉冲的能量再针对一个目标发射出去。目标辐射出的散射波由接收光学系统收集并且集中到一个敏感的探测器上，它将入射光的能量转换成一个电信号，经过放大信号处理后再进行使用。

在斯坦福研究所开发的第一个比较原始的仪器设计清楚地表明了激光雷达的应用，如通过雨水或底层的云的结构探测云和雾层的位置，上升限度的高度。激光雷达回波可以清楚的从低海拔地区观察到一个清晰的连续气溶胶层，而这对于肉

眼来说是不可见。

SRI Mark III的激光雷达，对稀薄的卷云的检测展示了一个更高的水平。它表明一个很高的峰值功率可以穿透云层，同时形成反射。利用这种现象在不同海波高度观察时就可以证明几个不同层的卷云的存在。

虽然用激光雷达性能优越，除了优化设计系统中的参数之外，许多技术被利用来改善的激光雷达系统的性能。例如激光器的冷却就是所有激光器必须解决的问题。激光雷达脉冲重复频率较低或泵浦阈值较低时可以采用空气制冷，而以更大的激光脉冲能量时必须采用制冷系统来冷却激光器。

（8） 利用机载激光雷达描绘气溶胶浓度的二维轮廓

三维激光雷达系统的改进版本已经发展的可以安装在飞行器上并且具有实时的数据分析能力。该系统可以通过光波的反射来描绘在飞机上方和下方的气溶胶的二维轮廓。激光雷达就是这个系统非常重要的一部分，用来描述气溶胶的光学特性和时空变化性。

这个激光雷达系统被配置在国家气象中心的飞行器上，能够发出585纳米的光，最大谱线宽度是0.4纳米，每个谱线的能量严格相等。激光雷达上的闪光灯和电容火花驱动系统每隔0.5微秒产生一个激光脉冲，为了稳定器件，所有的激光器腔体组件都被安装在一个圆形筒内。激光器产生的激光通过一个光束引导器件输出，光束引导器中有一个光束扩展器，用来改善输出光束的准直使光束与接受器件同轴发射。安装在飞机外部的反射镜系统引导着出射光和接受光要么向上要么向下，这样就能描绘出飞机上下两侧的气溶胶浓度的二维轮廓图。目前在激光雷达系统上配置的接收器是一个直径20厘米、1/4焦距的卡塞格林望远镜。接收光学系统的检测器是一个EMI9658光电倍增管。

这个系统如果在夜间进行地面操作的话，可以观察到23公里高度的数据。计算结果还表明，在与窄带带通滤波器和小接受角的接收器联合使用，我们的激光雷达装置在白天操作效果也和夜晚同样好。同样用于探测飞机上下方向的气溶胶浓度的二维轮廓，与闪光灯泵浦燃料激光器相比这个机载激光雷达系统极大地减轻了系统的重量并且降低了它的功耗。

（9）通过激光雷达平流层臭氧层的监测

激光的特性，比如它的强脉冲能量，低发散度和高频谱纯度，使这种光源非常适合远程遥感。用于测定气体中微量成分的是差分式激光雷达，它先发射两束激光，再利用气体对着两束激光的吸收系数不同的原理来完成测量。对于几千米高空的空气微量成分的数据也常使用差分式激光雷达，它的测量范围完全可以得到蒸汽层和臭氧层的垂直剖面。文章主要介绍了搭建一个监视50千米高空臭氧层的系统，这个系统的搭建对于建立模型来预测由于人为释放氟氯甲烷而造成的臭氧损耗是具有特殊意义的。

这个系统采用单脉冲能量为150mJ、频率为100HZ的商业激光器作为发射器，发射的波长为308纳米。激光雷达的参考波长是通过刺激高压气体电池发生拉曼散射产生的。由此产生的两个拉曼位移波长都不容易被臭氧层吸收。通过拉曼方案即简化了设备和调整程序、确保了较高的脉冲能量又允许两个波长的光可以同时发射到同一视场。为了避免光电倍增管由于低海拔信号的反射而达到饱和，要确保接收器和发射器至少相隔1米。由于视场的完全重叠发生在20千米以上的高空，为了能在低海拔区域也能监视，因而安装了单基站。最后将整套设备安装

在一个小容器里用飞机运到山顶，这样就避免了激光信号会被气溶胶层所衰减。 为了检测臭氧层轮廓的长期变化趋势，并且克服对臭氧层的自然变化，长时间的精确的调查是必需的。激光雷达技术非常适合于这个目的。检测40千米高空臭氧层的减少量极大地证实了当前这个激光雷达系统模型的有效性。

（10）拉曼激光雷达- 拉曼散射方法远程检测大气污染物的分析方法

本文综述了激光雷达方法的最新进展，根据拉曼散射，提供单端和范围分辨手段进行远程检测各种分子种类的污染以及普通的空气的污染，这种方法简称拉曼激光雷达方法。并在此简要说明给出的拉曼激光雷达的工作原理，包括基本概念和本方案的基本特点，以及自身的优缺点的讨论。讨论存在于大气中的分子种类的微分散射截面和拉曼散射的光谱分布并根据实际情况得出大气分子密度的评估和抗干扰的检测方法。在展示了拉曼激光雷达计划的实验方法并且展现了实现现场监测和在各种条件下分析空气中的化学物质的可行性之后，才能从观察到的拉曼激光雷达光谱进行分子浓度的估计。

拉曼激光雷达利用拉曼反射信号可以允许在普通的空气氛围下同时检测多种空气分子污染物，这也解决了适时检测空气中各种污染物分子浓度的问题。结合系统参数的实际值、最小检测浓度和范围探测已经估计表明，一个精心设计的系统具有足够的灵敏度来监视中等水平浓度的污染物，如在几百米范围内的几个ppm。当一个可调光源发出相干光束并发送到大气中，可以先通过一个带窄带干扰滤波器的拉曼位移部件来固定发射频率。可调光源的激光器可以使用染料激光或变参量振荡器。这种配置还允许我们操作基于共振拉曼光谱和荧光散射的激光雷达来遥感特定分子并且具有更高的灵敏度。

（11） 利用合成孔径雷达图像测定海浪高度

本文提出了通过处理线性调频脉冲的频谱带宽不同部分的相同位置的信号数据来获得雷达图像的互相干性的计算方法并把它作为这些部分与中心频率间距的函数。证明了特性函数的结果的平方与光瞳函数成线性关系，这个光瞳函数描述的是在处理中使用的线性调频脉冲的频谱带宽。把这个函数应用在阿拉斯加，北大西洋，以及蒙特利湾，加利福尼亚州等地的海浪高度测量，并把得到的结果与地面实测数据波浪高度相比较，结果表明合成孔径激光雷达可用于提供海浪高度，除此之外还可以提供海洋波浪图像信息。合成孔径雷达成像的仪器，其成像的特点是由激光雷达系统的线性调频脉冲和多普勒带宽来确定。 因此，对图像上的任意一点的贡献是来自探测区域的散射光，而这些散射光是来自雷达分辨单元确定的探测区域。

通过减小仪器利用的多普勒效应或线性调频的带宽，由海洋表面造成的强度分布在给定的图像中的某一点的值可以扩大到任何所需的大小。雷达波传播到指定影像所必需的传播路径的总长度对于水波的波峰和波谷来说是不同的，并且由于波浪的这两个区域的贡献所得到的相位差是随发射波的频率和角度的变化而变化的。由于这个发射波的频率和角度是多种多样的，并且波浪的两个区域都对指定像点波浪的强度有贡献，所以它接收的来自像点波浪的强度与波浪的波峰和波谷的高度差值是有关系的，而且这个差值所产生的影响又由激光雷达进一步增强。通过测量由这种波动产生影响的有效速率，我们可以推断出海浪的高度。

（12） 通过拉曼激光雷达探测堆栈羽中的二氧化碳浓度

拉曼激光雷达为堆栈羽流大气污染物的遥感提供了一个很好的方法。分析表明，钕的二次谐波的组合包括YAG激光器、同步单光电子计数器、用于单色光源的信号处理器和拉曼散射光分离窄带频干扰滤波器为堆栈废气监测提供了最敏感的系统。使用在该分析基础上构造的拉曼激光雷达，可以在228米的距离外测定从电厂150米高的堆栈烟囱排放的二氧化硫浓度。尽管在小散射截面上有固有的困难，但是它在没有三重或瑞利散射成分上所包含的独特的信息和用任意波长的单光源对多个分子成分同时远程测量使激光拉曼雷达作为对大气分子组成遥感的工具正在被广泛地研究。拉曼激光雷达在羽栈大气污染物的遥感方面提供了一个非常好的方法 。两位作者已经展示了该方法的可行性，他们通过Q-开关红宝石激光和氮脉冲激光检测了通过油柱的各种成分，如二氧化硫、一氧化碳等。为了开发一个实用的拉曼激光雷达系统，他们从各种观点如光源、检测系统和光学制造等方面做了具体的分析。分析表明，一个使用Q开关YAG激光器，再加上一个分离拉曼散射光的干涉滤光器对本领域的现状来说是最合适的系统。Q开关YAG激光器在测量背景噪声同时又能同步进行单个光电子的计数检测。

使用这种雷达系统，可以在100米的距离外检测气室中的二氧化硫浓度。起初，雷达无法分辨羽栈中的二氧化硫和二氧化碳，这是因为二氧化硫的拉曼位移非常接近二氧化碳的拉曼位移。用来选择拉曼散射光的滤波器的带宽对于分辨羽栈中的二氧化硫和二氧化碳的来说还是不够窄，而且栈中的二氧化硫的浓度比二氧化碳的浓度低100倍。最近，作者得到一个窄带滤波器，它能够有效地抵制由二氧化碳引起的拉曼散射，这样一来就能很容易的组建这个雷达系统。

（13）癌前支气管组织的光学雷达探测

以前测量支气管病变组织的激光诱导荧光是利用电磁散射模型。得到的电磁参数表明，组织的厚度和其是否发生癌变有关，而这个变化可以使用光学雷达来检测，这就为早期发现癌症提供了一个方法。使用电磁模型进一步仿真表明测量厚度有很多方法，包括频率调制连续波光学雷达，束连续波雷达和低相干干涉雷达。合适的光学组件的可用性是一个重要的考虑因素。一些早期的干涉结果表明，至少40 微米和一个信号高达45分贝的噪音分辨率可以很容易对组织成像。

随着激光技术的进步为疑似病变组织创建一个图像来发现癌症提供了越来越多的机会。而且微波和毫米波雷达技术已经达到成熟的状态。在身体的不同部位对光学雷达具有不同的要求，在这里我们感兴趣的是采用适当的光学雷达内镜网络在癌症早期发现它。光学雷达内窥镜可以在假定下检查，先把内窥镜压入指定区域，以确保一个平面的扫描过程。激光雷达的分辨率要达到30微米，以检测异常肿胀的区域。但是要对早期癌症进行检测，有必要把雷达的分辨率提高到至少5微米。对支气管组织的激光诱导荧光测量的一份报告表明，癌症的早期迹象是由于上皮细胞从50微米至120微米的显著增加。可以采用一个30微米分辨率的光学雷达来发现早期癌症引起的的组织厚度的变化。利用宏观电磁模型来得到的测量结果与本文介绍的方法得到的结果相比，表明，大约15％的入射光平面波由支气管黏膜上皮和界面反射，利用这些反射光足以检测到早期癌症引发的上皮组织厚度的变化。

（14） 用以飞机数据为基础的激光雷达气流强度测量方法和风速仪气流强度测量方法做比较并以此作为与台风有关的气流强度测量案例

香港天文台通过风切变及湍流警报系统为香港国际机场提供低级别的湍流

预警服务。在风切变及气流警报系统中，沿机场的飞行路径的气流强度是由风速数据和气流数据建立的相关方程得到的，风速数据和气流数据在机场启用前之间由研究飞机测量得到。该研究飞机的数据只能在测量当天使用。遥感气象仪器，如多普勒光探测仪器和测距雷达，可以用来提供直接测量沿跑道走廊的气流强度。本文研究就是研究以激光雷达为基础的气流强度数据测量系统的性能。结果表明，在得到的相对工作特征的命中率和误报率之间的曲线的结果下，以激光雷达为基础对中等或及其以上程度气流强度测量的性能比以风速计为基础的风切变及气流警报系统的性能更好。以激光雷达为基础的测量的性能比风切变及气流警报系统稍微好一点，主要是基于激光雷达的测量所贡献的结果。因此，在无雨的天气条件下以激光雷达为基础的气流强度的测量系统可以被用来代替风切变及气流警报系统。而且为了适应雨天测量对以激光雷达为基础的气流强度测量系统的进一步改进也是必要的。在香港国际机场有两种激光雷达系统。他们使用的激光束的波长为2微米，径向分辨率为100米，最大可测量范围为10公里。激光雷达定期进行扫描。扫描方法是传统的锥形扫描和垂直扫描法，用来监测在机场的区域的风力流动条件。本文中专门开发的扫描方法，称为滑行路径扫描，也用于探测风切变。在这项扫描方法的研究中，利用滑行路径扫描法所获得的风的数据可以计算气流强度。

（15） 利用激光雷达测量云边界高度

仅使用激光或雷达准确估计云边界高度往往是不可能的。激光和雷达的组合，可以在更广泛的范围内给出一个可靠的云边界高度的估计。然而，标准方法下的这个组合不是在所有的情况下都能测量云的边界高度。雨是一个问题：雷达在测量云的边界时雨滴会影响雷达的探测。而且，多层次的运河云之间存在的镜面反射问题也会给激光雷达的探测造成很大的困难。于是，更先进的技术被提了出来，来解决这个问题。角度扫描激光雷达就可以解决这个问题，例如，检测镜面反射时，可以同时使用来自雷达的多普勒速度谱信息可能有助于在雨天探测云层高度。

荷兰曾对云的高度进行过精确的测量，当时使用的激光雷达的系统包括激光雷达，雷达，红外辐射计，微波辐射计和无线电探空仪。本文主要工作是提高激光雷达系统对云边界高度的探测性能，并提出了新的测量技术的发展方向。由于雨滴的在垂直方向有较高的后向散射作用,故倾斜激光雷达将增强云和雨滴之间的对比度。在这种情况下，激光雷达还可以在角度上自动进行扫描。当一个激光雷达接收来自云最上方的区域的分子（瑞利）散射后，可以用来估计激光雷达发射的光波是否被完全衰减。因此可以利用发射光波的衰减程度来计算云层厚度。在下雨天使用雷达的多普勒速度谱的信息可以测量云的几何图样。结果还表明如果结合使用雷达和多普勒激光雷达测量云边界的大气条件，会大大提高测量的准确性和精确度。