[发明专利]机载近红外CO2垂直柱浓度遥测装置

说明书

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种用于大气CO₂垂直柱浓度遥测的近红外光谱机载测量装置。

背景技术

CO₂是重要的温室气体，在全球变暖的温室效应中扮演着重要角色。为了能够有效地控制CO₂排放，就需要了解造成我国大气中CO₂的来源和分布，这需要对各类排放源的排放加以监测。另外及时准确的排放数据在大气污染预报模型中作为输入参数，对于提高预测预报的精度有着重要作用。目前我国测量CO₂的方法主要以化学方法、气相色谱法为主，主要是地面点式测量，无法获得整层大气中的CO₂浓度，也很难实现区域分布测量，对于面源和区域污染排放缺少能够实时、大范围遥测的技术。

光学遥测技术能够实现现场非接触、实时在线的连续测量，并且遥测更能反映整个大气层CO₂的浓度分布及变化情况。目前可用于CO₂气体遥测的方法主要有：激光雷达（LIDAR）、傅里叶光谱仪（FTS）等，而用于测量CO₂全球分布的设备主要是卫星搭载设备（如SCIAMACHY）。但由于系统复杂、成本高，不易搭载飞行。因此，需要一种简单、轻便、成本相对较低的设备，对CO₂区域分布开展机载飞行测量。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种大气CO₂垂直柱浓度机载遥测装置，系统结构简单，能够实时在线观测，能进行长期观测，能够实现对CO₂垂直柱浓度区域分布的快速监测，从而解决目前大气CO₂气体空基遥测手段缺乏的难题。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种机载近红外CO2垂直柱浓度遥测装置，包括红外望远镜系统、二维电机驱动的姿态调整平台、光学导入系统、位于恒温箱内的光谱仪探测器系统、GPS定位系统和数据处理系统，采用二维电机驱动姿态调整平台调节红外望远镜系统测量地面反射光和太阳散射光，测量得到的光信号经准直透镜照射到反射镜上，经反射镜和聚焦透镜聚组成的光学导入系统后直接汇聚到位于恒温箱内的光谱仪的入射狭缝上，经光谱仪色散后成像在铟镓砷探测器上，再经模数转换得到近红外光谱信号送入计算机；利用辐射传输模型处理近红外光谱信号计算出CO₂的权重函数曲线，应用最小二乘法解析出CO₂的垂直柱浓度信息，再结合地理位置信息获得CO₂垂直柱浓度的区域分布；同时装置内安装GPS定位系统通过USB数据线与计算机通讯。本发明基于机载平台，采用红外望远镜，结合反射式光学导入方式，获得地面反射的近红外太阳光谱，实现对地面反射的近红外太阳光谱的机载测量，同时，独特二维电机控制系统，实现对测量系统望远镜角度的归零和校准。

所述的红外带通滤光片、聚焦透镜均采用石英材料。

所述望远镜系统沿光入射方式依次包括红外带通滤光片、红外聚焦透镜以及调整望远镜的姿态调整平台。

所述的红外聚焦透镜为900nm-1700nm近红外波段的镜片。

所述的姿态调整平台，能够通过二维电机控制二维转台精确定位望远镜位置，定位精度为1°，调整仰角范围0-180°，方位角0-360°。

所述的光学导入系统采用反射式入射方式，聚焦透镜采用双分离透射式组合方式。

所述的恒温箱由半导体冷热电材料制成。

本发明的有益效果在于：

通过该机载近红外CO₂垂直柱浓度遥测装置，可以实现对大气及排放源CO₂浓度分布的机载移动遥测；在不需要任何人造光源的条件下，通过二维电机驱动红外望远镜接收地面反射的太阳光的方式，实现对CO₂吸收光谱的测量，与其它光学方法相比在减少装置体积和成本的同时又能够快速获取CO₂的区域分布信息，可应用于大气CO₂浓度区域分布探测及污染源排放监督性监测研究。

附图说明

图1 机载近红外CO₂遥测装置示意图。

图2 机载近红外CO₂垂直柱浓度遥测装置图。

具体实施方式