中国科学院空间主动光电技术重点实验室, 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
大气二氧化碳作为最重要的温室气体之一, 它的变化和分布备受关注, 差分吸收激光雷达(DIAL)系统是探测大气二氧化碳浓度的重要手段, 对于研究温室气体的源和汇具有重要意义。 主要研究正弦调制连续波差分吸收激光雷达在水平路径上探测CO2平均浓度, 利用HITRAN数据库中CO2及H2O的吸收光谱, 综合考虑CO2的吸收截面及H2O的干扰, 选择差分吸收激光雷达的工作波长On-line: 1 572.335 nm, Off-line: 1 572.180 nm; 声光调制器取代电光调制器对连续波激光强度进行正弦波调制, 两路调制信号频率有细微差别, 其中On-line调制频率为101.833 kHz, Off-line调制频率为99.733 kHz; On-line光源激光器通过光谱调制技术将激光频率锁定在气体池吸收峰1 572.335 nm处, 并采用在相位调制器上施加直流偏置反馈电压来消除相位调制器的残余幅度调制(RAM), 使波长锁定精度大幅提高, 激光频率锁定系统实现On-line光源激光器在12小时输出波长均方根误差为0.05 pm; 在CPU中实现快速傅立叶变换获取回波光信号和发射监视端激光强度的功率谱, 并选择窗函数和频谱校正算法来提高计算精度; 通过调制连续波激光强度的正弦波相位鉴别获取路径的长度; 系统光路为光纤光路, 使其结构紧凑; 对系统进行外场实验和对比实验; 获取上海市区1.3 km路径上二氧化碳平均浓度, 实验数据显示系统观测精度为4 ppm(百万分之一), 且探测到的CO2日变化趋势与二氧化碳点探测器LI-7500A探测到的日变化趋势相吻合。
路径积分差分吸收激光雷达IPDA CO2柱浓度(混合比) 声光强度调制 激光频率锁定 激光相位测距 Integral path differential absorption lidar IPDA CO2 column-averaged mixing ratios Acoustic-optic intensity modulation Laser frequency locking Phased laser rangefinders 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3653
1 南京信息工程大学气象灾害预警与评估协同创新中心, 中国气象局气溶胶与云降水重点实验室,教育部气象灾害重点实验室, 江苏 南京 210044
2 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
利用中分辨率成像光谱仪地表反射率产品和欧洲中期天气预报中心的气溶胶光学厚度产品,分析了全球地表反射率及气溶胶光学厚度的分布特征,分析了地表反射率及气溶胶光学厚度对星载路径积分差分吸收激光雷达系统回波功率、探测器输出信噪比、相对随机误差的影响。结果表明:在给定的系统参数下,得到的单脉冲回波功率范围为0.299~321 nW,对探测器动态范围的要求较高;单脉冲回波探测器输出信噪比在13.6 dB以上,累计148次(陆地)/296次(海洋)脉冲的探测器输出信噪比在26 dB以上;相对随机误差高值区出现在撒哈拉沙漠及阿拉伯半岛附近海域,最大相对随机误差达到了0.22%(0.88×10 -6)。
遥感 路径积分差分吸收激光雷达 地表反射率 气溶胶光学厚度 信噪比 相对随机误差
1 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
3 中国科学院大学,北京 100049
根据美国标准大气模型进行了蒙特卡诺模拟,仿真研究了大气温度的不确定性对大气压力探测带来的随机误差和系统偏差,发现在氧气的A带中选择764.765 nm和765.094 nm为探测波长online,选择位于两者之间的764.948 nm为参考波长offline,是获得较小探测误差的一种方案；优化的探测波长既不在A带的吸收线上,亦不在某两吸收线之间的凹槽中间,而是位于A带吸收线p13和p14线的侧翼,这一结果对于建立积分路径差分吸收激光雷达探测地表大气压力的遥感仪器,起到参考作用.
大气光学 路径积分差分吸收激光雷达 大气压力 探测波长 参考波长 atmosphere optics integrated path differential absorption lidar surface pressure detection wavelength reference wavelength
1 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
2 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083
3 中国科学院大学,北京 100049
为了实现世界气象组织对大气压力廓线和地表压力特别高的探测精度,需要消除湍流对距离分辨差分吸收激光雷达和路径积分差分吸收激光雷达的干扰。探测/参考双波束被转换成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光后被同时发射出去,经大气后的回波再被1/4波片、偏振分束片以及两个F-P标准具重新分离而被检测到。差分吸收激光雷达的除法、对数和积分运算由模拟电路进行对称的实时处理,这样有利于减小由双通道差异化带来的误差。差分吸收激光雷达的探测波束脉冲与参考波束脉冲同路径传输、同时发射、同时接收,可抵消大气随机运动等因素对系统的共模干扰。模拟研究结果表明,差分吸收激光雷达采取严格的对称性安排,是一个可提高系统探测精度的十分有益的举措。
激光雷达 距离分辨差分吸收激光雷达 路径积分差分吸收激光雷达 对称性 lidar range-resolved differential absorption lidar integrated path differential absorption lidar symmetry
