A conceptual design for a spaceborne 3D imaging lidar

Abstract

First generation spaceborne altimetric approaches are not well-suited to generating the few meter level horizontal resolution and decimeter accuracy vertical (range) resolution on the global scale desired by many in the Earth and planetary science communities. The present paper discusses the major technological impediments to achieving few meter transverse resolutions globally using conventional approaches and offers a feasible conceptual design which utilizes modest power kHz rate lasers, array detectors, photoncounting multi-channel timing receivers, and dual wedge optical scanners with transmitter point-ahead correction.

Zusammenfassung

Herkömmliche topographische Messsysteme lassen sich kaum auf satellitengestützte Anwendungen mit globaler Bedeckung hochskalieren, wenn dennoch horizontale Auflösungen von einigen Metern und vertikale Auflösungen im Dezimeterbereich vorgegeben sind. Derartige Eckdaten werden aber vielfach von Erdbeobachtern und Planetenforschern gefordert. Der vorliegende Artikel beleuchtet die wesentlichen technologischen Hindernisse, die eine Skalierung konventioneller Methoden unmöglich macht, und stellt gleichzeitig einen gangbaren Weg vor, der auf folgenden Komponenten beruht: Lasern mit moderaten Ausgangsleistungen und Pulswiederholraten im Kilohertzbereich, Detektorfeldern im Photonenzählbetrieb mit zeitlich gemultiplexter Auslese sowie einer speziellen Ablenkung des Laserstrahls durch ein System aus Kegelrädern, die überdies eine stabile Korrektur für die Fluggeschwindigkeit des Satelliten erlauben.