光波的物理量可由強(qiáng)度、波長（頻率）、相位、偏振態(tài)及指向性等來表示。光與物質(zhì)相互作用主要表現(xiàn)為吸收及散射現(xiàn)象，按作用機(jī)理可以分為氣溶膠等顆粒物引起的米氏散射，大氣分子及原子等引起的瑞利散射、拉曼散射、熒光及共振散射和吸收等現(xiàn)象。通過對(duì)各種散射機(jī)理及效果進(jìn)行分析，可以探測物質(zhì)的物理及化學(xué)信息。
大氣探測激光雷達(dá)工作原理與微波雷達(dá)相似。一般采用脈沖激光器作為發(fā)射源，向大氣中發(fā)射一束具有高指向性、高能量的窄脈沖寬度的激光束，通過望遠(yuǎn)鏡收集大氣中物質(zhì)產(chǎn)生的后向散射光，并對(duì)散射光進(jìn)行光譜分析，剔除雜散光信號(hào)，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后獲得電信號(hào)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、信號(hào)分析及數(shù)據(jù)反演即可得到所需大氣參數(shù)或信息。通過測量反射、散射回波信號(hào)的時(shí)間間隔、頻率變化、波束所指方向等就可以確定目標(biāo)的距離、方位和速度等信息，然后結(jié)合激光器本身的位置信息和姿態(tài)角度信息，計(jì)算出目標(biāo)表面回波點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
激光雷達(dá)在一些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了其他遙感探測技術(shù)，使其在很多領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。具體包括:
⑴數(shù)據(jù)密度大：激光波束窄，探測次數(shù)多，因而采集數(shù)據(jù)量更大。每秒可測量數(shù)十萬個(gè)點(diǎn)，對(duì)真實(shí)物體表面(如地面)的還原和建模帶來方便。同時(shí)，可調(diào)節(jié)點(diǎn)采集間隔，大大提高了適用性和工作效率。
⑵數(shù)據(jù)精度高：由于激光波長短、頻率高，可以使激光雷達(dá)達(dá)到*的測量精度。高精度測量激光雷達(dá)測量精度可達(dá)毫米以下，機(jī)載激光雷達(dá)測量精度也可達(dá)厘米級(jí)。
⑶植被穿透能力強(qiáng)：激光在植被中傳播時(shí)，可以在樹冠、樹枝、地面等多個(gè)高程發(fā)生反射，從而得到多次回波數(shù)，這是其他雷達(dá)所不具備的優(yōu)勢。特別是得到的地面回波數(shù)據(jù)，有效克服了植被影響，使探測地面真實(shí)地形成為可能。
⑷不受太陽高度角和陰影影響：激光雷達(dá)為主動(dòng)測量式雷達(dá)，不依賴自然光，因而與傳統(tǒng)方式相比，其獲取數(shù)據(jù)的精度不受時(shí)間、太陽高度角和地物陰影的限制和影響，可以24 h全地形作業(yè)。
⑸隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)：激光傳播方向性好、波束窄，只在傳播路徑上存在，難以發(fā)現(xiàn)和截獲。同時(shí)，激光雷達(dá)口徑小，且定向接收，只接收指向區(qū)域回波，接收干擾信號(hào)的概率極低。
⑹體積小、重量輕、作業(yè)效率高：激光雷達(dá)發(fā)射口徑只有幾厘米，重量小的可以單人手持使用，相較其他雷達(dá)設(shè)備要輕便、靈巧得多，不但可以節(jié)約人力、物力資源，而且可以使工作變得更加簡單快捷，可應(yīng)用的領(lǐng)域也更廣。
