机载CO 2 测量激光雷达仿真及实验研究
发布时间：2021-12-17 08:49
CO2等温室气体浓度的增加被认为是影响地球气候和各种气候变化的主要因素之一。对大气温室气体（GHG）进行准确的测量可以使人民更好地了解全球气候变化,特别是大气层与生物圈和海洋之间的温室气体交换,并且可以验证温室气体探测卫星的测量精度,这将有效限制温室气体的排放。本文首先简要介绍了主被动遥感的方式探测二氧化碳的研究背景和国内外相关动态。并介绍了路径积分差分吸收激光雷达的工作原理和反演方法。重点讨论了地表反射率和气溶胶光学厚度对于星载/机载激光雷达的回波功率、信噪比和相对随机误差的影响,结果表明:在给定的星载激光雷达系统参数下,得到的单脉冲回波功率范围为0.299nW321nW;单脉冲回波探测器输出信噪比在23以上,而累计148次（陆地）/296次（海洋）脉冲的探测器输出信噪比在26dB以上;撒哈拉沙漠及阿拉伯半岛附近的海域由于低的地表反射率和较高的气溶胶光学厚度贡献了最大的相对随机误差,从季节上看,北半球春季的最大相对随机误差最大,达到了0.22%（0.88ppm）,满足1ppm最大随机误差探测需求。我们建立一套星载激光雷达的机载缩比模型,用以...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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第二章 IPDA 激光雷达探测原理2.1 IPDA 激光雷达探测原理利用 IPDA 激光雷达进行温室气体测量与太阳高度角无关，可以在多种大气和地形条件下进行高精度和低偏差的测量，从而扩大空间覆盖率。IPDA 激光雷达可以对选定的气体吸收线进行采样，测量表面高程，并获取温室气体柱浓度。激光雷达的距离分辨能力能够精确测量散射面高程和光程长度，并且可以排除云和气溶胶对激光散射造成的误差。如图 2.1（左）所示为双波长脉冲 IPDA 激光雷达测量方法，图中显示了指向最低点的两束激光(红色和蓝色)，对应于调谐到吸收峰上（on-line）和远离吸收峰（off-line）的激光脉冲。它们穿过含有未知浓度二氧化碳的大气柱，照亮了散射面（无论是地表还是云顶）几乎相同的区域。表面反射的光通过大气层返回，一小部分被接收望远镜收集。激光雷达探测器测量 on-line 和 off-line 回波信号能量以及到散射面的距离。
图 2.2 太阳光谱辐亮度收带位于 4.3μm、2.7μm、2.0μm、1.6μm 和 1.4μm果，选用 CO2位于 R-18 吸收线上的波长为优选波长波数：6361.225cm-1），off-line 优选波长λoff=15。达接收的回波信号是硬目标的散射信号，相较于传雷达丢失了廓线信息，但是由于接收的是来自硬目敏度，同时也避免了利用大气后向散射信号反演 C于两束激光脉冲间隔非常短（200μs），可以认为，且激光足印的重叠率较高，地表反射率变化不大目标以地表为例，假设地球表面为理想的朗伯面，fRonE A
【参考文献】：
期刊论文
[1]“高分五号”卫星大气主要温室气体监测仪（特邀）[J]. 熊伟. 红外与激光工程. 2019(03)
[2]航天高光谱成像仪简述(特邀)[J]. 唐绍凡,鲁之君,王伟刚,李欢. 红外与激光工程. 2019(03)
[3]基于长程气体吸收池的单频纳秒脉冲激光光谱纯度测量[J]. 陈晓,李世光,朱小磊,马秀华,刘继桥,陈卫标. 中国激光. 2019(02)
[4]高分五号卫星[J]. 龚燃. 卫星应用. 2018(05)
[5]星载激光雷达系统杂散光分析与抑制[J]. 穆永吉,李蕊,万渊,刘继桥,侯霞,陈卫标. 中国激光. 2018(05)
[6]使CO2浓度测量误差减小的星载激光雷达波长优化[J]. 谢杨易,刘继桥,姜佳欣,陈卫标. 红外与激光工程. 2014(01)
[7]用于全球大气温室气体探测的星载激光雷达研究[J]. 刘继桥,谢杨易,李世光,李环环,马秀华,朱小磊,陈卫标. 红外. 2013(02)
[8]氧气A吸收带大气遥感应用研究进展[J]. 张岩,段民征,韩志刚,吕达仁. 遥感技术与应用. 2010(02)
硕士论文
[1]中红外差分吸收激光雷达数值模拟及实验研究[D]. 萨日娜.南京信息工程大学 2017
[2]星载激光雷达探测大气二氧化碳浓度的模拟与反演研究[D]. 王俊洋.中国海洋大学 2015
本文编号：3539784
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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第二章 IPDA 激光雷达探测原理2.1 IPDA 激光雷达探测原理利用 IPDA 激光雷达进行温室气体测量与太阳高度角无关，可以在多种大气和地形条件下进行高精度和低偏差的测量，从而扩大空间覆盖率。IPDA 激光雷达可以对选定的气体吸收线进行采样，测量表面高程，并获取温室气体柱浓度。激光雷达的距离分辨能力能够精确测量散射面高程和光程长度，并且可以排除云和气溶胶对激光散射造成的误差。如图 2.1（左）所示为双波长脉冲 IPDA 激光雷达测量方法，图中显示了指向最低点的两束激光(红色和蓝色)，对应于调谐到吸收峰上（on-line）和远离吸收峰（off-line）的激光脉冲。它们穿过含有未知浓度二氧化碳的大气柱，照亮了散射面（无论是地表还是云顶）几乎相同的区域。表面反射的光通过大气层返回，一小部分被接收望远镜收集。激光雷达探测器测量 on-line 和 off-line 回波信号能量以及到散射面的距离。
图 2.2 太阳光谱辐亮度收带位于 4.3μm、2.7μm、2.0μm、1.6μm 和 1.4μm果，选用 CO2位于 R-18 吸收线上的波长为优选波长波数：6361.225cm-1），off-line 优选波长λoff=15。达接收的回波信号是硬目标的散射信号，相较于传雷达丢失了廓线信息，但是由于接收的是来自硬目敏度，同时也避免了利用大气后向散射信号反演 C于两束激光脉冲间隔非常短（200μs），可以认为，且激光足印的重叠率较高，地表反射率变化不大目标以地表为例，假设地球表面为理想的朗伯面，fRonE A
【参考文献】：
期刊论文
[1]“高分五号”卫星大气主要温室气体监测仪（特邀）[J]. 熊伟. 红外与激光工程. 2019(03)
[2]航天高光谱成像仪简述(特邀)[J]. 唐绍凡,鲁之君,王伟刚,李欢. 红外与激光工程. 2019(03)
[3]基于长程气体吸收池的单频纳秒脉冲激光光谱纯度测量[J]. 陈晓,李世光,朱小磊,马秀华,刘继桥,陈卫标. 中国激光. 2019(02)
[4]高分五号卫星[J]. 龚燃. 卫星应用. 2018(05)
[5]星载激光雷达系统杂散光分析与抑制[J]. 穆永吉,李蕊,万渊,刘继桥,侯霞,陈卫标. 中国激光. 2018(05)
[6]使CO2浓度测量误差减小的星载激光雷达波长优化[J]. 谢杨易,刘继桥,姜佳欣,陈卫标. 红外与激光工程. 2014(01)
[7]用于全球大气温室气体探测的星载激光雷达研究[J]. 刘继桥,谢杨易,李世光,李环环,马秀华,朱小磊,陈卫标. 红外. 2013(02)
[8]氧气A吸收带大气遥感应用研究进展[J]. 张岩,段民征,韩志刚,吕达仁. 遥感技术与应用. 2010(02)
硕士论文
[1]中红外差分吸收激光雷达数值模拟及实验研究[D]. 萨日娜.南京信息工程大学 2017
[2]星载激光雷达探测大气二氧化碳浓度的模拟与反演研究[D]. 王俊洋.中国海洋大学 2015
本文编号：3539784
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