[实用新型]机载对流层CO2垂直柱浓度激光主动遥测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及大气光学遥感监测技术领域，尤其涉及一种用于大气CO₂柱浓度 遥测的机载对流层CO₂垂直柱浓度激光主动遥测系统。

背景技术

温室气体浓度持续增长已导致气候变暖等一系列全球及区域性问题，二氧化碳、 甲烷、氧化亚氮、六氟化硫、氢氟碳化物、全氟碳化物等都被列入《京都议定书》减排清单，而 CO₂对增强温室效应的贡献率最大，约占50～60％。CO₂作为一种重要的温室气体，其源和汇 及它们的时空分布对预测未来大气CO₂水平及相应的全球气候变化有重要意义。大气CO₂浓 度高分辨率垂直分布数据及其变化特征，对污染物扩散规律与输运路径、卫星对地遥感以 及空间技术等国家安全战略高技术发展研究具有十分重要的价值。目前对大气CO₂的源汇 分布及其时空变化的理解还存在重大的不确定性，研究CO₂的源与汇以及碳浓度的变化趋 势要求高的探测精度，我国在此类探测仪器与装备的核心技术(包括观测方法和算法)研究 方面与世界发达国家相比还存在很大差距。

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)、 基于卫星平台的红外辐射探测仪、红外大气垂直探测干涉仪和扫描成像吸收光谱仪等。激 光雷达属于主动探测方法，基于分子散射原理，探测距离有限，探测精度较低。傅里叶光谱 仪、红外辐射探测仪、红外大气垂直探测干涉仪等属于被动探测方法，依赖太阳光，不能全 天时观测。因此，业内亟需一种简单、轻便、成本相对较低且测量精度高的遥测设备，对CO₂区域分布开展机载飞行测量。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本实用新型提供了一种实用性强、非接触式、可全天时观测的 用于大气CO₂柱浓度遥测的机载对流层CO₂垂直柱浓度激光主动遥测系统。

(二)技术方案

根据本实用新型的一个方面，提供了一种机载对流层CO₂垂直柱浓度激光主动遥 测系统，该机载对流层CO₂垂直柱浓度激光主动遥测系统采用飞行器承载而进行对流层大 气CO₂柱浓度激光主动遥测，包括：信号发生器，其输出锯齿波信号和同步触发信号；激光源 模块，其后端连接至信号发生器，其提供一束激光，该激光由锯齿波信号进行调谐，其波长 能够扫描CO₂气体吸收跃迁谱线；光纤分束器，位于激光源模块的光路后端，其将由激光源 模块提供的激光分束为四路，其中的第一路返回至激光源模块以调节激光的中心波长；激 光收发单元，位于光纤分束器在第二方向的光路后端，其将由光纤分束器分束获取的第二 路激光对地面发射，其获取相应与该第二路激光的回波信号，该回波信号包含激光收发单 元与地面之间空气中CO₂气体对激光的吸收光谱信息；时频转换模块，位于光纤分束器在第 三方向的光路后端，其将由光纤分束器分束获取的第三路激光进行时频转换，得到干涉信 号；功率监测模块，位于光纤分束器在第四个方向的光路后端，其监测由光纤分束器分束获 取的第四路激光的强度变化，获取光强参考信号，该光强参考信号作为无CO₂吸收的参考信 号；数据采集模块，连接至信号发生器、激光收发单元、时频转换模块和功率监测模块，其在 信号发生器发出的同步触发信号的触发下收集：由激光收发单元获取的回波信号；由时频 转换模块获取的干涉信号；由功率监测模块获取的光强参考信号；GPS定位模块，连接至信 号发生器，其在信号发生器发出的同步触发信号的触发下获取飞行器的实时位置信息；以 及上位机，连接至数据采集模块和GPS定位模块，其结合回波信号、干涉信号、光强参考信号 进行反演计算，得到对流层大气CO₂柱浓度信息，结合实时位置信息，获取对流层大气CO₂柱 浓度的区域分布。