森林的垂直结构用于描述森林从顶部到底部的结构变化，影响林木生长和植被群落的演替过程，它其实是植被对阳光、水分等自然条件选择的结果。森林垂直结构估测对于开展森林演替过程、净初级生产力、生物多样性、碳循环及全球变化研究具有重要的指示作用。　　机载剖面雷达在森林垂直结构探测方面具有较大潜力，因为微波波长较长，在植被中穿透力强，且其距离分辨率较高，在复杂空间结构的森林参数估测方面具有与被动遥感以及短波激光雷达数据难以比拟的优势。微波雷达对森林冠层穿透深度的定量研究能为森林散射机理提供线索，有助于提高地表高程、冠层高度提取的准确性，从而为森林垂直结构探测提供更精确和高效的手段。森林叶面积指数和冠层百分位高度是森林郁闭度和生物量估测的重要参数，本文围绕上述内容，以芬兰南部北方森林作为研究对象，利用机载调频连续波雷达与机载离散型激光雷达同步采集数据开展了以下几个方面的研究工作:　　(1)根据森林散射回波波形特征，建立微波波形预处理算法。　　采用FFT变换运算对原始数据进行处理，获取其对应的信号频谱结果，并解算其幅度谱分布。基于微波雷达采集信号与目标散射功率信号之间的转换关系，将信号幅度谱转换得到原始的功率波形信号。再利用加权平均算法将滤波窗口范围内的原始功率波形数据与滤波权重进行卷积运算实现原始功率波形的拟合，提取回波特征参数。对微波雷达提取的地面高度、冠层高度与激光雷达点云提取的相应高度进行对比，定量分析结果表明微波雷达信号具有提取地面高程能力，特别是在密度高、林隙小的森林中，微波雷达信号的穿透优势更为明显，能够获得更为精准的地表高程。　　(2)微波信号森林穿透性定量分析。　　森林垂直方向上，对具有不同空间分布类型的森林所获得的微波及红外反射信号能量差异进行分析。从垂直散射能量进行积分得到的能量累加曲线可以看出，在冠顶密集分布的林分中，微波雷达能量饱和点较LiDAR出现较晚。表明微波雷达比激光雷达对冠层内部枝叶分布的探测更为敏感。能量曲线分位数高度能够定量地体现微波雷达与激光雷达垂直穿透深度差异，从两传感器各能量百分位数的高度平均值之差来看，随能量百分数增加，微波雷达估算高度与激光雷达估算高度差值逐渐变大，累积能量90％处(h90)激光雷达平均高比微波雷达高1.37m。激光雷达h90高度在垂直方向上较为离散，最大值为18m，而微波雷达集中在4-5m。表明激光雷达的回波信号整体集中在冠顶，林冠下层回波信号弱，而微波雷达在森林中探测深度较深，能够获取密集林冠内部地物散射回波信号。　　(3)机载剖面微波雷达水平及交叉极化数据计算森林LAI。　　本文基于Beer-Lambert定律，利用激光雷达点云计算的森林叶面积指数作为参考值。根据波形数据反演叶面积指数的原理，比较微波雷达数据计算的LAI与参考值，结果表明，与微波雷达计算叶面积指数匹配的最佳激光雷达尺度为主瓣波束宽度。由不同极化方式所得森林剖面能量幅值图谱可见，交叉极化的回波主要来自冠层，而同极化回波来自地面，森林冠层对交叉极化的衰减严重。从交叉极化波形中提取的叶面积指数与激光雷达点云提取的叶面积指数决定系数达到0.60，水平极化为0.65。表明机载微波雷达在森林叶面积指数提取中具有一定潜力。