星载积分路径差分吸收(IPDA)激光雷达是全天时全球范围内探测CO2浓度的一种有效的方法, 而作为接收系统关键元件的光电探测器对激光雷达系统性能有着较大的影响。雪崩光电二极管(APD)有着较大的动态范围与高的响应度, 因此它在星载激光雷达中广泛应用。介绍了IPDA激光雷达和APD探测器的工作原理, 并根据实际工作条件, 测试了一款APD探测单元的响应度、动态范围、不同光功率下的信噪比等主要性能参数, 分析了这些性能参数对星载激光雷达CO2浓度的反演带来的影响。结果表明, 在CO2浓度为400 ppm(1 ppm=10-6), 吸收波段信号的探测器输出电压在280~980 mV范围内时, APD探测器本身的非线性和噪声造成的误差小于0.8 ppm。

针对星载积分路径差分吸收(IPDA)激光雷达的应用需求，研制了一套利用空芯光子晶体光纤(HC-PCF)作为吸收池，以CO2气体1.57 μm处的吸收线作为频率参考，基于频率调制光谱稳频技术的激光稳频系统。结合其工作原理，建立仿真模型，计算了CO2气压、光谱调制频率以及调制深度对稳频误差信号的影响，给出最优化的设计参数。并且与实验测试数据进行了比对，实验数据与计算结果吻合。报道了系统的稳频效果，给出进一步提升稳频性能的方案意见。

星载积分路径差分吸收(Integrated Path Differential Absorption, IPDA)激光雷达是一种有效的高精度(1 ppm)全球CO2 柱线浓度测量手段。结合 其基本工作原理分析了CO2 柱线浓度反演技术方法，并优化了工作波段和工作波长。分析了由所选波段激光频率的稳定性、 激光带宽和激光光谱纯度等激光雷达发射源参数变化所带来的CO2 柱线浓度测量误差，并给出了经过优化的设计参数。研究了 用IPDA激光雷达实现双波长脉冲发射激光的技术方法，并给出了实验验证结果，实现了1.572 m波段单脉 冲能量大于50 mJ的激光输出。

研究了大气温度、湿度和压强的不确定性对于星载积分路径差分吸收(IPDA)激光雷达系统测量大气CO2柱线浓度精度的影响。介绍了测量大气CO2柱线浓度的基本原理和CO2吸收截面计算方法，理论分析并模拟计算了吸收峰(On-line)波段范围不同大气温度、湿度和压强的误差对于大气CO2柱线浓度反演精度的影响。对于给出的优化工作波长，在吸收峰波数为6361.2250 cm-1，吸收谷(Off-line)波数为6360.99 cm-1，温度不确定性为1 K、湿度不确定性为10%以及压强不确定性为0.001的条件下，综合导致的CO2柱线浓度测量误差为0.296×10-6，为高精度反演大气CO2柱线浓度提供了重要参考数据。