上海光機(jī)所成功在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)全球首顆星載二氧化碳探測激光雷達(dá)濃度測量精確定標(biāo)

  中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所陳衛(wèi)標(biāo)研究員團(tuán)隊(duì)提出了基于二氧化碳吸收池的大氣二氧化碳濃度測量定標(biāo)裝置和方法，為星載二氧化碳激光雷達(dá)濃度測量精度實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)提供了新的解決方案。該定標(biāo)裝置利用帶光學(xué)窗的密封腔體充注不同壓力二氧化碳的方式，來模擬整層大氣對星載CO2激光雷達(dá)吸收過程。該項(xiàng)裝置成功為全球首顆二氧化碳探測激光雷達(dá)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)，證實(shí)了該激光雷達(dá)系統(tǒng)二氧化碳柱狀濃度能夠?qū)崿F(xiàn)1ppm的高測量精度。相關(guān)研究成果以“Calibration experiments based on CO2 absorption cell for 1.57-μm spaceborne IPDA LIDAR”為題發(fā)表于Optics Express。

IPDA激光雷達(dá)定標(biāo)試驗(yàn)原理框圖

  對于星載二氧化碳探測激光雷達(dá)，由于其體積大、重量重，系統(tǒng)復(fù)雜，尤其是激光脈沖能量高，在室外環(huán)境下運(yùn)行會對星載激光雷達(dá)帶來風(fēng)險(xiǎn)，因此很難通過外場測試的方式來驗(yàn)證其二氧化碳濃度的測量精度。

  本文創(chuàng)造性的利用氣體吸收池，通過抽真空、充注不同壓強(qiáng)二氧化碳氣體，來模擬大氣不同二氧化碳濃度下對激光發(fā)射1572雙波長脈沖的差分吸收，并設(shè)計(jì)了針對二氧化碳差分吸收激光雷達(dá)的系統(tǒng)的定標(biāo)實(shí)驗(yàn)。定標(biāo)測量結(jié)果表明，其二氧化碳柱狀濃度測量絕對誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于1ppm，驗(yàn)證了星載二氧化碳探測激光雷達(dá)的高精度測量能力。

  本研究驗(yàn)證了使用該類型定標(biāo)裝置進(jìn)行二氧化碳柱狀濃度測量精度定標(biāo)的能力，為激光雷達(dá)溫室氣體遙感探測實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)提供了一種可行的定標(biāo)方案。

  論文鏈接：https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-30-20-35146&id=500791