我們經常聽說遙感衛星、遙感信號之類的報導，其實遙感的工作原理究竟是什麼呢？
我們利用雷射來測量，如地面、森林、甚至是建築物的海拔高度，這和聲納用聲波或雷達用無線電波來定位物體的原理很相似。但是雷射雷達系統使用的是雷射，咱印象中雷射不是應該用來掃描條形碼，讓你喜歡的樂隊演唱會看起來狂拽酷炫的嗎？那雷射雷達怎麼用雷射測量東西？
收集雷射雷達數據有幾種不同的方法：從地面上、飛機上、甚至從太空，機載雷射雷達數據是最常用的數據，而且機載雷射雷達數據可從美國國家生態觀測網（NEON）免費獲取，因此，我將著重介紹這一點。
為了理解機載雷射雷達如何使用雷射來計算高度，我們要了解該系統的四個部分：
首先，飛機包含雷射雷達單元裝置，飛行時從一邊到另一邊用雷射掃描地面，順便跟屏幕前的遙感極客們講一下，雷射系統使用綠色或近紅外光，因為植被會強烈反射這些波長或類型的光。
雷射雷達系統的下一個組件是GPS，它能跟蹤飛機的高度和坐標，GPS使我們能夠找出雷射雷達系統在地面上反射的位置。
雷射雷達系統的第三部分被稱作慣性測量單元或IMU，IMU跟蹤飛機飛行時的傾斜程度，這對於準確的高程計算很重要。
最後 雷射系統還包含一臺計算機，計算機記錄雷射雷達掃描地表時收集的所有重要高度信息，沒有計算機就沒有數據。
現在你可能想知道雷射、GPS和 IMU和計算機是如何協調工作，幫助我們獲取這些超有用的雷射雷達數據的呢？當雷射雷達系統中的雷射掃描地面，主動向地面發射光能。在我們更進一步了解之前，我們先來認識兩個與釋放光能相關的重要雷射雷達術語，這樣 我們才方便討論雷射雷達那些東西。首先 我們來定義「脈衝」這一詞，脈衝僅僅指系統釋放光能的過程，光能經過反射重新被系統接收。接下來我們來定義「回程」這個詞，回程是指雷射雷達傳感器記錄下來的被反射的脈衝雷射，因此脈衝雷射傳播到地面，然後再回到雷射雷達傳感器，這才叫雷射雷達。
脈衝、回程這種術語還挺好用，但光講術語並不能幫我們計算高度。為了計算高度，雷達系統要記錄脈衝雷射傳播到地面再返回的時間，然後系統用光速來計算地面頂部與飛機之間的距離。我們來把這個距離計算分解一下，將傳播時間乘以光速再除以2，因為光線傳播到地面後又原路返回，這樣就算出光線傳播到地面所走的距離。通過這個計算 我們得到飛機和地面的距離，但事情還沒結束，我們如何計算地面確切的海拔高度呢？要計算地面海拔高度，我們用GPS計算的飛機高度減去光傳播到地面的距離。
以上就是雷射雷達系統用雷射測量高度的基本原理。現在我們已掌握了它的基本原理，使用該系統計算高度時必須考慮兩點：第一，飛機飛行時會有點顛簸，因為有氣流擾動，這種顛簸由慣性測量單元（IMU）記錄，所以在回程計算高度時，飛機顛簸的影響也能計算在內。另外還有一種機載系統能左右掃描地面，這樣在飛行時能覆蓋地面上更大的區域，一些光脈衝從飛機到地面垂直傳播或直接到最低點，如果用雷射雷達術語來表示，即大多數脈衝從一個角度或偏離最低點釋出，因此系統計算海拔時還需要考慮脈衝角度。
最後我們來總結一下，雷射雷達系統用雷射向地面發出光能脈衝，然後它記錄脈衝到達地面並返回傳感器所用的時間，然後利用光速和時間算出距離，然後系統利用飛機的高度、傾斜度和脈衝的角度來計算海拔。它還用GPS接收器計算地面物體的位置，所有這些信息都記錄在安裝在飛機上的便捷電腦裡，雷射雷達系統就是這麼運作的。
雷射雷達系統還有一個組件，讓該系統十分有用。光脈衝不僅會從一個物體上反射，比如從一棵樹頂反射產生回程。有時雷射雷達脈衝會穿過物體，比如穿過樹枝和樹葉間的縫隙，想像一下，你站在樹林裡，看著陽光穿過樹頂灑下來，樹葉和樹枝像在發光，因此穿過樹頂的光能在樹頂下的樹枝和樹葉上反射，雷射雷達系統從樹頂穿過直達地面，同時記錄信息，是該系統的獨特之處。這對研究樹木的科學家們很有用，這些在樹頂下產生的回程可以反映樹林的內部情況或樹林的結構。比如，它們可以反映樹木的形狀或樹上葉子的密度，有時甚至可以用來推斷樹下面的地面有沒有灌木。
現在你知道雷射雷達系統大概怎麼運作了吧？