中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所空間激光工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研制用于測(cè)量大氣二氧化碳的機(jī)載1.57μm雙脈沖積分路徑差分吸收（IPDA）激光雷達(dá)，并成功開展了機(jī)載飛行驗(yàn)證試驗(yàn)，相關(guān)研究成果發(fā)表于《遙感》(Remote sensing)。

   星載主動(dòng)探測(cè)激光雷達(dá)可以全天時(shí)、大范圍地對(duì)全球二氧化碳柱線進(jìn)行長期監(jiān)測(cè)。該研究團(tuán)隊(duì)研制出的機(jī)載1.57μm雙脈沖積分路徑差分吸收激光雷達(dá)是星載激光雷達(dá)的地面縮比系統(tǒng)。裝載在飛機(jī)平臺(tái)的激光雷達(dá)系統(tǒng)，能夠測(cè)量飛機(jī)高度至地面的整個(gè)路徑的CO₂柱線濃度，用于驗(yàn)證將來的星載CO2測(cè)量激光雷達(dá)探測(cè)性能，為載荷系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化和數(shù)據(jù)反演方法研究提供重要數(shù)據(jù)。利用機(jī)載觀測(cè)平臺(tái)與星載雷達(dá)進(jìn)行相同軌跡觀測(cè)，對(duì)比觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的地面定標(biāo)和驗(yàn)證。

   研究團(tuán)隊(duì)通過降低對(duì)大氣溫度、氣壓和水汽的敏感度，優(yōu)化了IPDA激光雷達(dá)系統(tǒng)的激光波長。采集了高精度的頻率穩(wěn)定控制手段，實(shí)現(xiàn)機(jī)載平臺(tái)1.57μm雙脈沖激光頻率穩(wěn)定輸出。對(duì)該IPDA激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行了高空機(jī)載外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，成功地接收到了海洋和陸地的微弱回波信號(hào)。2019年春季，IPDA激光雷達(dá)系統(tǒng)首次在山海關(guān)開展機(jī)載飛行試驗(yàn)，激光雷達(dá)由光機(jī)頭部和電子學(xué)機(jī)柜組成，其中光機(jī)頭部置于飛機(jī)吊艙中，電子學(xué)機(jī)柜置于機(jī)艙中。同時(shí)飛機(jī)上安裝了二氧化碳原位測(cè)量?jī)x、GPS及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）、機(jī)載溫濕度儀等輔助設(shè)備，用于后期數(shù)據(jù)反演分析和對(duì)比。

   IPDA激光雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)得的飛行軌跡方向XCO₂的變化與飛機(jī)上原位測(cè)量?jī)x器測(cè)得的CO₂干空氣體積混合比的長期相關(guān)性優(yōu)于92%。在距海岸30公里的海洋區(qū)域，IPDA激光雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)得的XCO₂平均值為414.69 ppm，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.02ppm。與該時(shí)間段內(nèi)原位測(cè)量?jī)x器測(cè)得的CO₂濃度相比，偏差為1.30ppm。飛行路徑跨越海洋、居民區(qū)和山區(qū)，三個(gè)地區(qū)的XCO₂平均值分別為419.35、429.29和422.52ppm。居民區(qū)和海洋區(qū)的CO₂濃度梯度為9.94 ppm，居民區(qū)和山區(qū)的梯度為6.77ppm。該IPDA激光雷達(dá)探測(cè)出了不同地區(qū)的明顯CO₂濃度梯度，對(duì)于今后開展碳源、碳匯研究具有重要的意義。

   相關(guān)研究得到了ACDL激光雷達(dá)項(xiàng)目的支持。（空間激光工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室供稿）

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圖1 機(jī)載IPDA激光雷達(dá)系統(tǒng)圖片

圖2 飛行軌跡方向獲得的數(shù)據(jù)及CO₂柱線濃度反演結(jié)果

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