激光雷达作为一种先进的主动遥感技术,可以快速获取目标的三维信息,目前已经广泛应用于测绘的各个领域。传统的林业资源调查需要消耗大量人力、物力,而且调查区域多为预设样地,耗费时间较长,难以进行大规模的森林观测,无法满足对森林植被参数实时观测的需求。星载激光雷达具有精度高、速度快、穿透性强的特点,可以快速获取全球范围森林结构信息,从而在林业资源调查和植被参数提取中得到了广泛应用。本文对星载激光雷达的发展及其应用进行了梳理,阐述了激光测高卫星的原理和组成以及误差改正,重点研究了星载激光雷达波形数据的解算和处理,并结合波形特征参数提取森林植被冠层高度。论文主要研究内容及工作如下:(1)概述星载激光雷达系统的发展历程,综述了以GLAS为主的大光斑激光雷达对植被冠层高度提取的应用。简要的讨论了激光测高系统的测高原理、组成结构、定姿定位、误差控制与改正,对坐标转换、姿态调整、潮汐改正和大气校正部分进行了公式推导。(2)对激光测高卫星的波形数据处理进行详细阐述,包括了对波形数据的转换、去噪、滤波、拟合、分解等算法的研究;基于波形分解的结果对主要的波形特征参数进行了总结;对激光雷达的回波数据辐射机理展开了研究,分析了激光脉冲从发射到接收,两次穿过大气并与地物相互作用的全过程,推导了激光雷达方程;结合激光传输模型,讨论了激光回波仿真的原理和模型构建,并重点阐述了对地表建模的过程。(3)将激光测高波形数据用于森林冠层高度提取,根据波形参数建立了冠层高度估测模型,分析激光测高卫星波形数据提取森林植被参数的能力,并通过野外实测实测数据进行验证。利用森林回波提取的波形参数受地形影响较大,对于复杂的森林地形,模型参数不够稳定,估测结果得R2为0.78,RMSE为2.92,因此本文参考一种新的思路,采用裸地仿真回波作为辅助数据,构建受地形起伏影响较小的辅助模型,最终得到估测结果R2为0.89,RMSE为1.21。最后将GLAS与LandSat-TM联合绘制出森林冠层高度分布图,并对估测结果进行了讨论和分析。