垂直柱濃度激光主動遙測系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及大氣光學遙感監測技術領域，尤其涉及一種用于大氣⑶2柱濃度遙測的機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統。
【背景技術】
[0002]溫室氣體濃度持續增長已導致氣候變暖等一系列全球及區域性問題，二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、六氟化硫、氫氟碳化物、全氟碳化物等都被列入《京都議定書》減排清單，而C02對增強溫室效應的貢獻率最大，約占50?60% X02作為一種重要的溫室氣體，其源和匯及它們的時空分布對預測未來大氣C02水平及相應的全球氣候變化有重要意義。大氣C02濃度高分辨率垂直分布數據及其變化特征，對污染物擴散規律與輸運路徑、衛星對地遙感以及空間技術等國家安全戰略高技術發展研究具有十分重要的價值。目前對大氣⑶2的源匯分布及其時空變化的理解還存在重大的不確定性，研究CO2的源與匯以及碳濃度的變化趨勢要求高的探測精度，我國在此類探測儀器與裝備的核心技術(包括觀測方法和算法)研究方面與世界發達國家相比還存在很大差距。
[0003]目前可用于⑶2氣體遙測的方法主要有:激光雷達(LIDAR)、傅里葉光譜儀(FTS)、基于衛星平臺的紅外輻射探測儀、紅外大氣垂直探測干涉儀和掃描成像吸收光譜儀等。激光雷達屬于主動探測方法，基于分子散射原理，探測距離有限，探測精度較低。傅里葉光譜儀、紅外輻射探測儀、紅外大氣垂直探測干涉儀等屬于被動探測方法，依賴太陽光，不能全天時觀測。因此，業內亟需一種簡單、輕便、成本相對較低且測量精度高的遙測設備，對CO2區域分布開展機載飛行測量。
【實用新型內容】
[0004](一)要解決的技術問題
[0005]鑒于上述技術問題，本實用新型提供了一種實用性強、非接觸式、可全天時觀測的用于大氣CO2柱濃度遙測的機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統。
[0006](二)技術方案
[0007]根據本實用新型的一個方面，提供了一種機載對流層⑶2垂直柱濃度激光主動遙測系統，該機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統采用飛行器承載而進行對流層大氣CO2柱濃度激光主動遙測，包括:信號發生器，其輸出鋸齒波信號和同步觸發信號;激光源模塊，其后端連接至信號發生器，其提供一束激光，該激光由鋸齒波信號進行調諧，其波長能夠掃描CO2氣體吸收躍迀譜線;光纖分束器，位于激光源模塊的光路后端，其將由激光源模塊提供的激光分束為四路，其中的第一路返回至激光源模塊以調節激光的中心波長;激光收發單元，位于光纖分束器在第二方向的光路后端，其將由光纖分束器分束獲取的第二路激光對地面發射，其獲取相應與該第二路激光的回波信號，該回波信號包含激光收發單元與地面之間空氣中C02氣體對激光的吸收光譜信息;時頻轉換模塊，位于光纖分束器在第三方向的光路后端，其將由光纖分束器分束獲取的第三路激光進行時頻轉換，得到干涉信號;功率監測模塊，位于光纖分束器在第四個方向的光路后端，其監測由光纖分束器分束獲取的第四路激光的強度變化，獲取光強參考信號，該光強參考信號作為無CO2吸收的參考信號;數據采集模塊，連接至信號發生器、激光收發單元、時頻轉換模塊和功率監測模塊，其在信號發生器發出的同步觸發信號的觸發下收集:由激光收發單元獲取的回波信號；由時頻轉換模塊獲取的干涉信號；由功率監測模塊獲取的光強參考信號;GPS定位模塊，連接至信號發生器，其在信號發生器發出的同步觸發信號的觸發下獲取飛行器的實時位置信息；以及上位機，連接至數據采集模塊和GPS定位模塊，其結合回波信號、干涉信號、光強參考信號進行反演計算，得到對流層大氣CO2柱濃度信息，結合實時位置信息，獲取對流層大氣0)2柱濃度的區域分布。
[0008]優選地，本實用新型機載對流層⑶2垂直柱濃度激光主動遙測系統中，信號發生器、激光源模塊、光纖分束器、時頻轉換模塊、功率監測模塊、數據采集模塊和GPS定位模塊被集成至系統主機中，外側設置防震機箱;激光收發單元獨立于系統主機和上位機設置，并通過光纖接口與系統主機光路連通，通過BNC接口與系統主機進行通信;上位機分別與系統主機內的數據采集模塊和GPS定位模塊進行通信。
[0009]優選地，本實用新型機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統中，激光源模塊包括:電流控制器、DFB激光器和光纖放大器，其中:電流控制器，其后端連接至信號發生器，其前端連接至DFB激光器，其中，該電流控制器利用信號發生器輸出的鋸齒波信號作為其調制信號，將DFB激光器的波長調諧到能夠掃描CO2氣體吸收躍迀譜線的位置;DFB激光器，其利用該電流控制器輸出的電流產生種子激光;光纖放大器，其后端通過光纖連接至DFB激光器，其前端通過光纖連接至光纖分束器，該光纖放大器將DFB激光器產生的種子激光放大至預設功率，并將該激光輸出至光纖分束器。
[0010]優選地，本實用新型機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統中，激光源模塊還包括:鎖頻模塊、溫度控制器，其中:鎖頻模塊，位于光纖分束器在第一方向的光路后端，其檢測由光纖分束器分束獲取的第一路激光的中心波長;溫度控制器，其后端連接至鎖頻模塊，其前端連接至DFB激光器，該溫度控制器通過調節DFB激光器的溫度而使其輸出激光的中心波長穩定在CO2氣體的吸收譜線的中心位置。
[0011]優選地，本實用新型機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統中，激光源模塊中，溫度控制器和電流控制器分立設置或一體化設置。
[0012]優選地，本實用新型機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統中，激光源模塊輸出激光的波長介于1572nm?1573nm之間；其功率大于51
[0013]優選地，本實用新型機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統中，激光收發單元包括:鏡筒35光纖接口 34、聚焦透鏡24、光纖準直器25、光電探測器28、BNC接口 33;其中，光纖準直器25通過光纖接口 34將來自激光源模塊的激光準直后對地發射;聚焦透鏡24接收地面漫反射回來的激光并聚焦到光電探測器28上;光電探測器28將探測到的激光回波信號轉成電信號，通過BNC接口 33上傳給數據采集模塊10;聚焦透鏡24、光纖準直器25、光電探測器28均被設置于鏡筒35內，光纖接口 34和BNC接口 33設置于鏡筒35的殼壁上。
[0014]優選地，本實用新型機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統中，激光收發單元還包括:防護玻璃23、窄帶濾光片27、溫度傳感器30、濕度傳感器31，其中:鏡筒35內壁做發黑處理，以減少雜光干擾;防護玻璃23保護聚焦透鏡24;窄帶濾光片27緊貼光電探測器28安裝，其濾除太陽反射光的干擾;溫度傳感器30和濕度傳感器31設置于鏡筒內，兩者將探測到的溫度和濕度信號通過BNC接口 33上傳給數據采集模塊。
[0015]優選地，本實用新型機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統中，時頻轉換模塊包括:干涉計和探測器;該時頻轉換模塊中，干涉計的后端通過光纖連接至光纖分束器，探測器通過光纖連接至干涉計的前端;其中，由干涉計將第三路激光的鋸齒波光信號轉換為強弱分布的干涉光信號，由探測器將該干涉光信號轉換為電信號，即干涉信號。
[0016]優選地，本實用新型機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統中，飛行器為飛機、飛艇或無人機。
[0017](三)有益效果
[0018]從上述技術方案可以看出，本實用新型機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統具有以下有益效果:
[0019](I)采用機載系統，探測范圍廣，并且采用的是主動探測方法，不受太陽光的影響，可以實現全天時觀測，大大提升了系統的適用范圍；
[0020](2)采用可調諧半導體激光吸收光譜(TDLAS)技術，利用分布反饋式(DFB)激光器的窄線寬和波長可調諧等特性，實現CO2氣體分子的單根吸收譜線“指紋區”的掃描和測量，具有靈敏度高、選擇性好、抗其他氣體干擾能力強等優點，可實時在線快速遙測CO2柱濃度；
[0021](3)采用TDLAS技術，不需要單色儀、光譜儀等高精度分光儀器，整套系統的體積小，魯棒性好，對環境適應能力強;擺脫了對高精度儀器的依賴，大大降低了成本。
【附圖說明】
[0022]圖1為根