大气探测激光雷达校飞样机研制与飞行验证

星载激光雷达是高精度测量全球温室气体和气溶胶垂直廓线的重要手段，大气环境监测卫星大气探测激光雷达(ACDL)在国际首次采用激光积分路径差分吸收技术测量全球CO2柱浓度，采用532 nm高光谱探测技术测量气溶胶和云的廓线。星载激光雷达载荷研制期间，同步研制一套主要功能一致的机载大气探测激光雷达校飞样机，并开展机载飞行试验，获取了大量飞行试验及其对比数据，提供了机载平台真实的数据源，对于优化ACDL激光雷达系统参数和研究星载数据反演算法至关重要。最后在机载飞行平台下，验证了优于1 ppm的CO2柱浓度测量精度和优于15%的气溶胶测量精度。未来利用该机载样机可以进一步开展星地对比验证。     

大气环境监测卫星方案设计与技术特点

大气环境监测卫星(DQ-1)是国家民用空间基础设施中长期发展规划中的科研卫星，其运行于705 km高度的太阳同步轨道，装载大气探测激光雷达(ACDL)、高精度偏振扫描仪(POSP)、多角度偏振成像仪(DPC)、紫外高光谱大气成分探测仪(EMI)及宽幅成像光谱仪(WSI)等5台遥感仪器，通过主动激光与被动高光谱、多光谱、多角度、偏振等手段结合，实现对大气CO2、细颗粒物、污染气体、云和气溶胶等要素，以及对大气环境、水环境和生态环境等进行大范围、连续、动态、全天时的综合监测;卫星CO2柱浓度探测精度优于1 ppm，为国际最高。卫星入轨后各分系统工作正常，在轨测试结果均满足要求，能够进一步提升我国大气环境综合监测、全球气候变化和农作物估产、农业灾害等应对能力，推动生态环境、气象、农业农村等领域遥感应用。本文概述了DQ-1卫星的总体设计方案，总结了卫星的主要技术特点及创新点，介绍了卫星系统在轨测试情况，并对卫星的应用前景进行了展望。     

大气环境监测卫星星载激光雷达二氧化碳遥感反演方法及精度验证

目前卫星被动遥感二氧化碳存在空间覆盖不足、时空分辨率不够、地球两极和夜间缺少数据等问题，对二氧化碳的源汇研究带来很大的不确定度，同时也制约着利用卫星遥感温室气体探究全球变化。2022年4月我国发射了全球首颗搭载主动激光雷达探测二氧化碳的卫星-大气环境卫星。其上搭载了的气溶胶和碳探测激光雷达(ACDL)，利用1 572 nm的两束激光，可以反演干空气中加权平均的二氧化碳柱浓度。初步与香河站(全球碳柱总量观测网)站点比对的平均偏差为0.48 ppm，Sodankyla(全球碳柱总量观测网)站点的比对的平均偏差为0.8 ppm，精度超过被动遥感卫星。     

激光雷达探测河北望都气溶胶

多波长拉曼偏振大气探测激光雷达是用于大气气溶胶、水汽探测及特性研究的有效工具。介绍北京遥测技术研究所自行研制的多波长拉曼偏振大气探测激光雷达系统,激光发射系统发射355nm、532nm、1064nm波段激光,信号采集系统采集大气分子、气溶胶的弹性后向散射信号以及N_2、H_2O的拉曼后向散射信号。利用多波长拉曼偏振大气探测激光雷达在河北省望都县交通局绿化基地对京津冀地区气溶胶进行观测,通过反演获得该地区大气气溶胶、水汽垂直方向时空分布廓线。通过本次观测,可有效探测大气气溶胶层、云层的光学及物理性质,有助于研究气溶胶、云对气候变化和对天气演变的影响。     

星载大气探测激光雷达技术与应用

本文对国内外星载大气探测激光雷达的原理、技术和应用等情况进行了分析和归纳。星载大气探测激光雷达的发展，是科学需求、探测理论、硬件技术、应用能力波浪式推动和迭代的过程，具有弱周期性。在云和气溶胶方面，多波长、高光谱分辨结合偏振的综合探测将为科学研究提供更精细的微观信息，而小型化微脉冲激光雷达则为星座探测提供了技术基础。在大气成分方面，积分路径差分吸收技术将能提供更精确的数据。激光雷达是对其他遥感系统的有效补充，更加注重廓线探测、空间分辨和测量精度，在水平覆盖、探测效率等方面存在天然不足，激光雷达与其他遥感手段结合，才能构建更加科学的观测体系，为科学研究和遥感应用提供更有力的支撑保障。     

美国云和气溶胶星载激光雷达综述

气溶胶的探测,尤其是全球范围内气溶胶的探测,不仅对预测未来气候的变化有重要帮助,而且可以对遥感图像的大气校正提供重要大气参数,而星载激光雷达则是实现全球气溶胶探测的最有效的手段。美国是星载激光雷达的先行者,在气溶胶探测方面,它先后实施了LITE和CALIPSO两项计划。LITE试验的成功,验证了天基激光雷达的可行性,而CALIPSO上激光雷达CALIOP的在轨正常运行,则实现了星载激光雷达的应用。文章着重介绍和评述了美国云和气溶胶星载激光雷达的发展、收发装置以及观测结果等。     

空间主动光电遥感现状及发展

空间主动光电遥感技术在空间对地观测和深空探测等领域具有广阔的应用前景,探测对象包括地球和地外天体三维地形、地球植被垂直分布、大气气溶胶与云的垂直分布、大气温湿廓线、大气风廓线和特殊气体浓度等。为系统梳理空间主动光电遥感技术,综合分析了国内外空间主动光电高程探测载荷和大气垂直廓线探测载荷的发展历史和现状,提出了未来我国在多波束单光子三维地形探测、高光谱分辨率激光大气探测、差分吸收激光大气探测、激光掩星大气探测和激光海洋探测领域开展更深入研究的建议。     

星载激光雷达高精高稳探测卫星系统保证技术

激光雷达探测精度高,具备全天时工作和垂直探测能力,在大气环境天基遥感领域应用广泛。基于CO_2柱线浓度激光遥感探测原理,分析了积分路径差分吸收星载激光雷达测量系统的激光波长、能量精度和稳定性及光轴指向精度等关键指标要求和功能模块配置,重点开展了星载激光雷达光机头部稳定安装、良好机热环境保障及星敏载荷一体化布局等整星层面系统设计保证,仿真结果初步表明设计方案可行。同时,提出了激光雷达波长、能量精度及稳定性实时监测、卫星对地光轴指向高精度测定和星地载荷光轴指向测量误差标定的地面试验验证要求,以确保系统设计的有效性,为激光雷达遥感卫星的研制提供了技术参考。     

路径积分差分吸收激光雷达反演模型设计与测试

激光雷达作为主动探测手段,能够较好地弥补被动卫星(如OCO-2/3、GOSAT-1/2和Tan Sat等)的不足,实现高精度、全天候和全天时的观测。中国在2022年4月16日成功发射世界首颗基于主动理论探测二氧化碳柱浓度(XCO2)的激光雷达卫星。本文基于前期在秦皇岛的缩比飞行试验数据,围绕优化积分权重函数和优化差分吸收光学厚度两大核心要素,提出了基于光谱能量模型的算法框架。该框架旨在提高基于主动理论的星载激光雷达探测XCO2反演的精度。评估获得光谱能量模型在海上、陆地上的测距精度分别为0.74和6.20 m。论文的工作在10 s滑动平均值下,海洋、城市和山区的平均XCO2值分别为411.07、425.71、417.87 ppm,标准差分别为1.93、0.85、0.96 ppm。综上所述,光谱能量模型对我国发展基于差分吸收激光雷达的二氧化碳浓度算法具有重要的参考意义。     

星载主动遥感气溶胶-云参数技术需求与进展

面对越来越迫切的气象和气候预测及大气环境监测需求，利用主动星载仪器在全球范围内探测云和气溶胶参数成为快速发展的研究领域。相比被动遥感仪器，主动仪器可以获取云和气溶胶参数的垂直分布信息，这将在天气气候模式的改进方面发挥重要作用。通过云和气溶胶遥感需求分析，从雷达数据应用角度，首先介绍了数值模式对云和气溶胶的科学参数需求和定量需求，进一步分析了云和气溶胶联合观测的需求，以及星载微波激光雷达的探测特点；然后对国内外正在规划的星载云和气溶胶微波激光雷达探测任务进行了综述，包括仪器指标和数据产品设计；最后展望这一领域的应用前景。     

星载主动光学遥感技术现状

激光雷达具有重要的军事应用价值和民用价值,主要应用于军事侦察、军事气象、航天器交会对接和地球科学研究方面。文章简述激光雷达的研究历史,从地球科学应用角度阐述激光雷达技术现状。     

差分吸收激光雷达的信号处理技术

针对差分吸收激光雷达系统 ,研究信号平均和卡尔曼滤波两种信号处理技术 ,并进行了数值仿真。通过仿真可以看出 ,采用信号平均和卡尔曼滤波技术都可以很好地估计出待测气体的浓度 -光程积 ,大大地提高测量精度 ,同时也将两者的性能进行了比较     

天基监测空间碎片有效载荷效能评估方法研究

介绍了用于天基空间碎片监测的主要载荷,包括可见光监测相机、微波雷达和激光雷达。根据评价指标体系,按照评价指标设计的原则,设计出评价指标的体系结构,建立基于AHP（采用层次分析法）的综合指标评估模型。利用评估模型实现对三种监测载荷进行评价分析,选择出效能最优的有效载荷。为天基监测载荷评估提供科学依据与评估方法。     

多普勒测风激光雷达风廓线探测精度对比分析

在晴空干洁的大气条件下,多普勒测风激光雷达能够以较高的时间、空间分辨率,获得大气三维风场信息。为验证北京遥测技术研究所研制的WINDLE LIDAR型多普勒测风激光雷达探测的准确性,2020年4月~5月,用该雷达在北京市南郊观象台和L波段探空雷达进行同时同址对比观测。2022年6月~7月,用该雷达与北京遥测技术研究所的WINDLE U7相干测风激光雷达进行同时同址对比观测。通过对数据进行相关性分析,得到比对结果如下：1）垂直探测距离大于5 km,最大探测高度可达8.5 km;2）与L波段探空雷达对比,风速和风向数据拟合总相关系数分别为0.990和0.998。总体风速和风向的系统偏差、标准偏差分别为0.114 m/s和3.078°、0.489 m/s和3.969°,二者具有较好的一致性;3）与WINDLE U7雷达对比,风速和风向数据拟合总相关系数分别为0.999和0.999。总体风速和风向的系统偏差和标准偏差分别为0.209 m/s和1.077°、0.255 m/s和1.220°,可以看出该雷达系统的优越性。     

大气环境监测卫星校飞试验设计与验证

针对大气环境监测卫星上国际首次采用主被动结合探测体制的效能,在卫星研制初样阶段开展了多载荷综合探测航空校飞试验,验证了大气探测激光雷达(ACDL)探测性能以及双偏振载荷匹配探测原理,并为地面应用系统提供真实遥感数据源,验证数据处理方法的正确性。详细介绍了大气环境监测卫星校飞试验的总体设计方案,系统阐述了试验目的、系统构成、试验过程,对试验结果进行了详细分析,为卫星发射入轨后应用效能保证奠定了基础,同时为后续校飞试验积累了经验。     

大气激光雷达热控设计与验证

大气激光雷达(ACDL)的构型复杂，周围热环境恶劣，激光器的散热及光学部件的温度控制是主要难点。利用热仿真软件对激光雷达进行了典型工况的热仿真分析，得到各主要部件温度分布情况:激光器底部的温度波动<0.5 ℃;接收望远镜主镜能够控制在20 ℃，温度波动0.1 ℃/轨。同时将热平衡试验结果及在轨飞行数据进行了比对，试验结果能够较好地包络在轨情况，验证了热设计的合理性及试验测试的覆盖性。     

星载激光雷达系统污染增强损伤效应及防护试验研究

真空污染环境会加剧激光诱导损伤,严重影响激光雷达系统的性能。文章对已有研究进行了分析总结,详细介绍了星载激光雷达系统污染增强损伤效应及防护试验平台的设计、试验方法及结果,归纳提出了星载激光雷达系统污染防护措施,对我国相关研究的开展提出了建议。