上海光机所成功在实验室实现全球首颗星载二氧化碳探测激光雷达浓度测量精确定标

中国科学院上海光学精密机械研究所陈卫标研究员团队提出了基于二氧化碳吸收池的大气二氧化碳浓度测量定标装置和方法，为星载二氧化碳激光雷达浓度测量精度实验室定标提供了新的解决方案。该定标装置利用带光学窗的密封腔体充注不同压力二氧化碳的方式，来模拟整层大气对星载CO₂激光雷达吸收过程。该项装置成功为全球首颗二氧化碳探测激光雷达进行了实验室定标，证实了该激光雷达系统二氧化碳柱状浓度能够实现1ppm的高测量精度。相关研究成果以“Calibration experiments based on CO₂ absorption cell for 1．57－μm spaceborne IPDA LIDAR”为题发表于Optics Express。

对于星载二氧化碳探测激光雷达，由于其体积大、重量重，系统复杂，尤其是激光脉冲能量高，在室外环境下运行会对星载激光雷达带来风险，因此很难通过外场测试的方式来验证其二氧化碳浓度的测量精度。

本文创造性的利用气体吸收池，通过抽真空、充注不同压强二氧化碳气体，来模拟大气不同二氧化碳浓度下对激光发射1572双波长脉冲的差分吸收，并设计了针对二氧化碳差分吸收激光雷达的系统的定标实验。定标测量结果表明，其二氧化碳柱状浓度测量绝对误差和标准偏差均小于1ppm，验证了星载二氧化碳探测激光雷达的高精度测量能力。

本研究验证了使用该类型定标装置进行二氧化碳柱状浓度测量精度定标的能力，为激光雷达温室气体遥感探测实验室定标提供了一种可行的定标方案。

IPDA激光雷达定标试验原理框图

（LA：吸收体，RM1－5：反射镜，MM fiber：1km多模光纤，IS：积分球）

a） 激光雷达CO₂浓度反演结果（148脉冲滑动平均） （b） 激光雷达CO₂浓度反演结果（296脉冲滑动平均）