LEO-LEO红外激光掩星CO<sub>2</sub>浓度测量技术研究

李文冬; 刘继桥; 朱亚丹; 陈卫标

doi:doi:10.3788/CJL201946.0810001

中国激光, 2019, 46 (8): 0810001, 网络出版: 2019-08-13

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LEO-LEO Infrared Laser Occultation Technique to Measure Atmospheric Carbon Dioxide Concentration

李文冬 ^1,2刘继桥 ^1,2,*朱亚丹 ^1,2陈卫标 ^1,2

作者单位

¹ 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800

² 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049

图 & 表

图 1. LIO几何结构示意图

Fig. 1. Schematic of LIO geometric structure

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图 2. 5 km和35 km高度处相对随机误差随on-line波数的变化

Fig. 2. RRE as a function of on-line wavenumber at altitudes of 5 km and 35 km

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图 3. 5 km高度处CO2和H2O的吸收光谱

Fig. 3. Absorption spectra of CO2 and H2O at altitude of 5 km

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图 4. 水汽干扰产生的相对系统误差随高度的变化

Fig. 4. RSE caused by H2O as a function of altitude

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图 5. 掩星事件中激光信号的扫描特点。(a)切点高度随时间的变化; (b)不同高度下的垂直扫描速度

Fig. 5. Scanning characteristics of laser signals in occultation events. (a) Tangent point altitude as a function of time; (b) vertical scanning speed at different altitudes

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图 6. 5~35 km不同高度处测量得到的CO2浓度的随机误差

Fig. 6. RRE of CO2 concentration profile at different altitudes from 5 km to 35 km

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图 7. 掩星事件全球分布图。(a)一个月; (b)一季度; (c)一年

Fig. 7. Global distributions of occultation events. (a) One month; (b) one quarter; (c) one year

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表 1系统仿真参数

Table1. System simulation parameters

Instrument key parameter	Value
Transmitter
Pulse energy@2.09 μm /mJ	1.5
Pulse length τ /ms	1.5
Laser beam divergence θ /mrad	0.5
Receiver
Telescope diameter D /m	0.36
System optical efficiency η	0.40
Detector(PIN,G12183-203k)
Nominal gain M	1
Noise factor F	1
Responsivity@2.09 μm R /(A·W^-1)	1.1
Dark current I_d /nA	85
Amplifier bandwidth B /kHz	3

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表 2LEO-LEO轨道参数

Table2. LEO-LEO orbital parameters

Orbit parameter	LEO(Tx)	LEO(Rx)
Apogee altitude /km	500	650
Perigee altitude /km	500	650
Inclination /(°)	90	90
Argument of perigee /(°)	90	90
Right ascension ofascending node /(°)	180	0
Mean anomaly /(°)	270	270

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李文冬, 刘继桥, 朱亚丹, 陈卫标. LEO-LEO红外激光掩星CO₂浓度测量技术研究[J]. 中国激光, 2019, 46(8): 0810001. Wendong Li, Jiqiao Liu, Yadan Zhu, Weibiao Chen. LEO-LEO Infrared Laser Occultation Technique to Measure Atmospheric Carbon Dioxide Concentration[J]. Chinese Journal of Lasers, 2019, 46(8): 0810001.

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图 1. LIO几何结构示意图

Fig. 1. Schematic of LIO geometric structure

图 2. 5 km和35 km高度处相对随机误差随on-line波数的变化

Fig. 2. RRE as a function of on-line wavenumber at altitudes of 5 km and 35 km

图 3. 5 km高度处CO2和H2O的吸收光谱

Fig. 3. Absorption spectra of CO2 and H2O at altitude of 5 km

图 4. 水汽干扰产生的相对系统误差随高度的变化

Fig. 4. RSE caused by H2O as a function of altitude

图 5. 掩星事件中激光信号的扫描特点。(a)切点高度随时间的变化; (b)不同高度下的垂直扫描速度

Fig. 5. Scanning characteristics of laser signals in occultation events. (a) Tangent point altitude as a function of time; (b) vertical scanning speed at different altitudes

图 6. 5~35 km不同高度处测量得到的CO2浓度的随机误差

Fig. 6. RRE of CO2 concentration profile at different altitudes from 5 km to 35 km

图 7. 掩星事件全球分布图。(a)一个月; (b)一季度; (c)一年

Fig. 7. Global distributions of occultation events. (a) One month; (b) one quarter; (c) one year

表 1系统仿真参数

Table1. System simulation parameters

表 2LEO-LEO轨道参数

Table2. LEO-LEO orbital parameters

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图 1. LIO几何结构示意图

Fig. 1. Schematic of LIO geometric structure

图 2. 5 km和35 km高度处相对随机误差随on-line波数的变化

Fig. 2. RRE as a function of on-line wavenumber at altitudes of 5 km and 35 km

图 3. 5 km高度处CO2和H2O的吸收光谱

Fig. 3. Absorption spectra of CO2 and H2O at altitude of 5 km

图 4. 水汽干扰产生的相对系统误差随高度的变化

Fig. 4. RSE caused by H2O as a function of altitude

图 5. 掩星事件中激光信号的扫描特点。(a)切点高度随时间的变化; (b)不同高度下的垂直扫描速度

Fig. 5. Scanning characteristics of laser signals in occultation events. (a) Tangent point altitude as a function of time; (b) vertical scanning speed at different altitudes

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Fig. 6. RRE of CO2 concentration profile at different altitudes from 5 km to 35 km

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Fig. 7. Global distributions of occultation events. (a) One month; (b) one quarter; (c) one year

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