边界层臭氧差分吸收激光雷达

差分吸收激光雷达是测量边界层臭氧空间分布的一种重要工具。研制了一台边界层臭氧差分吸收激光雷达系统,系统采用Nd:YAG四倍频激光266 nm泵浦H2/D2混合气体产生受激拉曼光作为光源,采用牛顿型望远镜接收大气回波,288.9 nm和299 nm的弹性散射信号被分成两路,被光电倍增管转换为电信号,然后通过A/D采集卡采集保存用以反演大气臭氧分布廓线。给出了系统的探测结果以及和臭氧探空仪地对比验证实验。结果显示该激光雷达可以大大降低几何因子的影响,提供0.2~2 km区间的边界层大气臭氧分布廓线。     

LEO-LEO红外激光掩星CO_2浓度测量技术研究

利用基于近地轨道(LEO)卫星组网的红外激光掩星(LIO)技术,可对地球大气温室气体垂直廓线进行主动探测,为全球温室气体浓度廓线的测量提供新手段。介绍了基于LIO技术的大气温室气体浓度廓线的测量原理,针对最主要的温室气体CO_2建立了LIO信号链路模型,通过仿真分析了工作波数对CO_2探测精度的影响,并基于误差最小的仿真结果对CO_2探测波数进行优化选择。采用所选波数对LIO技术的探测性能进行分析,最终得到可用于CO_2浓度廓线探测的波数为4771.6215 cm~(-1)和4772.0240 cm~(-1)。在5～35 km高度的有效探测范围内,实现了0.6～1.4 km的垂直分辨率,CO_2浓度探测的相对随机误差小于0.8%,最小相对随机误差(0.229%)出现在10 km处。研究结果为星载LIO大气探测系统原理样机的设计提供了重要参考。     

差分像移大气湍流廓线激光雷达的研制

大气折射率结构常数在自适应光学系统、天文观测以及大气湍流模型等研究领域都有着重要的意义。基于差分像移的大气湍流廓线的测量原理,研制了一套距离分辨的大气湍流廓线激光雷达。差分像移湍流廓线激光雷达相比传统湍流测量技术对仪器误差,比如震动和离焦不敏感,可以对目标进行实时的主动探测,并能够得到测路径上随距离分布的大气湍流廓线。介绍了差分像移湍流廓线激光雷达的基本原理与系统结构,利用该湍流廓线激光雷达进行了外场探测实验,探测距离信号发射点200~8 000 m的目标大气,距离分辨率为200~1 000 m,共13个采样点。采用50 Hz帧率的ICCD相机获取信号,每个采样点测量20 s,获得1 000张图像,计算出对应的差分像移,并进一步反演出对应的折射率结构常数,得到了大气湍流的距离分布廓线,最后对实验的结果与过程进行分析,验证了该激光雷达系统的功能性。     

纯转动拉曼激光雷达反演低层大气折射率廓线

大气折射率是影响光电探测领域测量精度的重要因素.为了提高光电测量精度,提出利用纯转动拉曼激光雷达信号反演低层大气折射率廓线的方法.通过接收N2和O2的纯转动拉曼回波信号,由双光栅单色仪分光后获得高低量子信号.根据高低量子信号的比值反演得出大气温度和大气压强廓线,从而获得大气折射指数垂直分布.通过与折射指数理论模型相比较,表明纯转动拉曼激光雷达反演对流层折射指数有较高的精度.给出了多组折射指数廓线的反演结果,得出多天夜晚不同时刻折射指数的特性.结果表明一天中不同时刻折射指数变化较小,7.5 km内最大相对误差约为0.4%;不同月份之间折射指数波动较为明显,4.5 km内相对误差可达3.5%左右.     

小型化大气二氧化碳垂直廓线测量系统标定

通过Li-7500分析仪对小型化大气CO2探测系统进行标定和误差分析。首先,依据4天的测量数据标定CO2体积比浓度,系统采集的吸收度与Li-7500 CO2分析仪测量的CO2体积比浓度满足线性关系,得到的CO2体积比浓度标定系数一致性较好;其次,利用平均后的数据对系统标定,反演得到的CO2体积比浓度相对误差绝对值小于2.0%,与Li-7500 CO2分析仪数据相关性系数大于0.9,充分表明了系统的稳定性和可靠性;最后,根据温度变化对大气传输效应的影响,分析了合肥市科学岛近地面CO2的昼夜变化特征,结果表明近地面CO2体积比浓度变化与温度变化有较强的负相关性。综上证明了标定结果的准确性,为后续测量CO2垂直分布廓线提供了数据支持。     

自由空间光通信中相干圆偏振调制系统性能研究

自由空间光通信（FSO）具有高带宽、不需要铺设光纤、部署迅速、低功率损耗等优点,得到了广泛的关注。在Gamma-Gamma大气湍流信道下,分别考虑弱、中、强三种大气湍流强度,结合相位噪声,研究了相干探测的圆偏振调制系统的性能,推导出了误码率和中断概率的闭合表达式。在不同的大气湍流强度和相位噪声的情况下,仿真分析了相干探测的圆偏振调制系统的性能,并与直接探测系统的误码性能进行比较,结果表明,采用相干探测系统的误码性能优于直接探测系统。因此,在圆偏振调制系统中,采用相干探测方式可减小大气湍流的影响,大大降低了误码率,提高了系统的通信性能。     

基于NOAA模式的典型地区大气湍流高度分布

研究大气传输问题中的大气湍流主要是研究湍流所造成的折射率随机变化规律。大气折射率结构常数Cn2是表示大气光学湍流强度的一个重要参数。主要利用温度脉动探空仪对大气折射率结构常数Cn2在合肥和北京两个典型地区进行了实地探测及计算分析,同时根据两个典型地区相应气象站点常规气象探空资料统计分析数据,通过NOAA模式得到大气湍流高度分布廓线,并与HV模式廓线和实际测量数据进行对比验证分析,为其他不同典型地区大气湍流模式分布特性的研究提供方法验证和参考依据。     

差分吸收激光雷达探测大气CO_2精度分析

为减小距离差分吸收激光雷达探测大气CO2浓度的探测误差,理论分析了探测精度,对差分吸收探测系统误差进行了数值分析,对基于1.6 μm光纤激光器相干探测CO2系统进行了仿真计算.结果表明:差分吸收截面越大,空间分辨率越低,回波信噪比越高,气体浓度的探测误差越小.当大气CO2的差分吸收光学厚度т为0.55时,相干探测系统具有最小误差变化百分比,此时探测精度最高.随着探测高度增大, 1.6 μm光纤激光相干探测系统精度逐渐降低,在1 km高度以内可以探测到34 ppm的大气CO2变化.     

合肥地区大气湍流随高度分布日变化特性分析

大气折射率结构常数C2n是表示大气光学湍流强度的重要参数.利用QHTP-2型温度脉动探空仪对C2n进行了实地探测,通过对大量探空实验数据的统计分析得出了合肥地区0～35 km高度C2n分布廓线和日变化特性,对合肥地区的大气湍流结构特性有了比较清晰的认识,研究结果为进一步进行湍流特征和大气性质的遥感探测及实际激光工程应用提供了有意义的参考.     

固定式边界层风廓线雷达TR组件相关故障分析

固定式边界层风廓线雷达是一部上视、晴空探测脉冲多普勒雷达,能实时探测大气三维风场,能不间断地提供被探测高度范围内的大气水平风场、垂直气流、大气折射率结构常数等气象要素随高度的分布。对固定式边界层风廓线雷达的组成、原理进行了简单的阐述,并着重介绍了关于固定式边界层风廓线雷达TR组件相关故障的发现和排除方法。     

THz技术在大气探测领域的应用研究进展

THz波的频段范围（0.1~10 THz）及其特性使THz波具有较高的空间分辨率及大气参数灵敏性,同时THz辐射在地球辐射平衡中的重要作用决定了其在大气探测领域有重大的研究价值和广阔的应用前景。介绍了THz技术在大气探测领域的应用现状,重点分析介绍了THz波遥感探测大气水汽廓线、温度廓线、卷云的微物理参数及大气微量气体成分的原理、特性及存在的问题,最后对THz波大气探测技术的研究提出几点建议和展望,并指出了当前THz波大气探测技术的研究前沿和研究热点。     

一种高效计算高光谱分辨率红外大气辐射传输的方法

传统的大气辐射传输计算方法受计算资源和效率的限制已无法满足星载高光谱分辨率红外大气遥感资料处理的需要,基于单色波长辐亮度计算加权组合的方法,开发了一种快速准确的高光谱分辨率红外大气辐射传输的计算模型FFRTM_IR.利用FFRTM_IR模型,针对研制中的FY-3D红外高光谱大气探测仪(HIRAS)的光谱指标,模拟计算了仪器的观测通道亮温,并用独立样本对模拟亮温进行了验证和比较,结果显示:FFRTM_IR对HIRAS所有通道的模拟亮温偏差均小于0.06 K,标准差有效控制在0.1 K以内;在同等计算精度下,FFRTM_IR的计算速度略快于目前国际上通用的快速辐射传输计算模型CRTM.利用FFRTM_IR模型,采用解析计算方法可以进一步得到温度廓线、水汽廓线、二氧化碳、臭氧廓线以及地表参数的雅克比矩阵,计算结果与扰动法计算结果一致性较好,有较高的计算精度.计算和分析结果表明,初步建立了一种高效的红外大气辐射传输计算模型,可用于星载高光谱红外大气探测仪器的观测仿真和资料处理.     

Multiorder Etalon Sounder (MOES): a new technique for passive highresolution atmospheric temperature and moisture sounding from satellite

A technique based on the Fabry-Perot interferometer for measuring atmospheric temperature, moisture, and other trace species with high spectral resolution from satellite is described. The key technologies incorporated into the remote sensing technique and instrument design include high spectral resolution through the use of a Fabry-Perot interferometer (FPI), high sensitivity through multiplexing of orders, the use of an innovative FPI focal plane detection technique called the Circle to Line Interferometer Optical system, and the simultaneous sampling of all spectral bands and channels. Studies show that the Multiorder Etalon Sounder is feasible and can greatly improve the sounding capability of present infrared atmospheric sounders     

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术对开放式长光程大气CO2的测量

CO2是地球大气中第三大含量的痕量气体,对温室效应影响最大,主要来源于人类的日常活动,测量大气CO2浓度对了解地区CO2的周期性变化与气候变化的内在规律有重要意义。基于可调谐半导体激光吸收光谱（tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS）技术,系统选择CO2在2004 nm附近的吸收线,采用直接吸收光谱处理方法,对开放式长光程大气下的CO2进行了连续测量。通过与手持CO2测量仪的对比测量,二者的相关系数达到0.8371,二者的标准偏差为7.204 ppm,测量结果的变化趋势符合较好,证明了实验系统的可行性,为国内激光遥测CO2提供了一种重要的思路与方法。     

THz波大气探测仪器发展现状研究

THz波在电磁波谱中位于微波至红外波段的过渡区域,其特性在空间研究及应用领域具有独特的优势,THz频段的大气遥感仪器可以为探测地球大气信息提供全新的视角,在大气科学领域展现出良好的应用前景。介绍了THz技术在大气探测领域的主要应用,综述了国内外THz频段的大气观测仪器的研究现状,通过各仪器关键指标参数的对比分析,总结了THz大气观测仪器的发展趋势及发展前景,并提出了发展THz大气遥感技术的建议。     

地基红外高光谱遥感大气温湿廓线反演研究综述

作为气象学和气候学研究的重要参量,温湿廓线在辐射传输过程、层结稳定度、对流有效位能、降水过程以及云的形成和演变过程中具有重要作用。目前,对大气温湿廓线的遥感探测主要有激光雷达、微波辐射计以及红外高光谱分辨率探测器等探测技术。总结了地基红外高光谱遥感大气温湿廓线在仪器、反演算法等方面的研究进展,重点介绍了统计反演算法和物理反演算法的基本原理,具体分析了不同算法在反演精度、稳定性和计算时间等方面的技术特点。最后,对目前地基红外高光谱遥感大气温湿廓线反演中存在的问题及未来的发展趋势进行了探讨。     

红外高光谱探测CO_2柱总量的敏感性分析

利用辐射传输模型MODTRAN5模拟计算了红外高光谱仪在光谱分辨率、光谱定标精度、地面反射率、大气廓线以及辐射分辨率对CO_2气体含量探测敏感性的影响,同时定义探测辐亮度随气体含量改变的变化量指标S值,并对探测灵敏度、光谱分辨率和信噪比SNR的关系进行了综合分析。为我国红外高光谱大气探测仪的设计以及高光谱大气成分反演研究的开展提供重要的科学依据。对CO_2柱总量反演通道的选择和实现CO_2气体探测敏感参数分析具有重要的参考价值。     

红外遥感技术在民用对地观测卫星中的应用现状（上）

利用卫星遥感技术对地球资源、海洋和大气等环境状况进行监测,可以为人类生存环境提供预测信息和安全保障。红外遥感仪器是对地观测卫星的主要探测载荷。随着红外探测器性能和系统集成技术的不断提高,空间红外遥感仪器的探测能力也得到了长足发展。介绍了近五年各国相继发射的各类高性能对地观测卫星,总结了主要红外遥感仪器的应用状况、功能和特性,并对其未来的发展趋势进行了分析。     

红外遥感技术在民用对地观测卫星中的应用现状（下）

利用卫星遥感技术对地球资源、海洋和大气等环境状况进行监测,可以为人类生存环境提供预测信息和安全保障。红外遥感仪器是对地观测卫星的主要探测载荷。随着红外探测器性能和系统集成技术的不断提高,空间红外遥感仪器的探测能力也得到了长足发展。介绍了近五年各国相继发射的各类高性能对地观测卫星,总结了主要红外遥感仪器的应用状况、功能和特性,并对其未来的发展趋势进行了分析。     

机动车尾气CO和CO2非分光红外遥测技术研究

利用分子红外光波段的吸收光谱特性，本文研究了机动车尾气CO和CO2的快速响应非分光红外(non-dispersion infrared)遥测技术，系统采用单个红外探测器测量CO、CO2和背景，微弱信号的检测采用光斩波器与锁相放大器的组合以及接收和发射一体的系统结构，克服了传统技术检测精度低、无法检测行进中机动车排放的尾气等缺点．本文还研究了静态条件下气体浓度和测量信号之间的关系，动态测量表明该技术可以完全非接触在线自动监测机动车行驶过程中排放的尾气．