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。     

大气环境监测卫星激光雷达技术

星载激光雷达是高精度测量全球大气CO2柱浓度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)在一套激光雷达中集成了2种探测体制，采用1 572 nm积分路径激光差分吸收方法测量全球CO2柱浓度，采用532 nm高光谱探测(HSRL)方法测量气溶胶和云的垂直廓线，均为国际首次在星载平台成功验证，是国际首个星载CO2探测激光雷达和国际首个高光谱气溶胶探测激光雷达。在国际已发射的星载激光雷达中，ACDL激光雷达是探测体制最全、波长最多、能量最高、频率最稳和精度最准的激光雷达，实现了创新跨越。大气探测激光雷达在轨连续工作，首次获得了全天时精度优于1 ppm的全球CO2柱浓度、精度优于20%的气溶胶廓线等遥感数据。本文介绍了ACDL激光雷达的工作原理、系统参数以及相关的定标测试结果。     

探测大气温度廓线的微波辐射计

介绍了探测大气温度垂直分布廓线的星载微波探测装置，对探测最为有效的５毫米频段的多频点、多通道天线共用，以及Ｋａ频段各辅助探测通道多频点天线共用提出了几种方案设想及比较。讨论了实用微波辐射计的定标和天线旁瓣的修正问题，给出了初步研究结果。     

一体化微波成像探测技术发展和展望

介绍了微波成像探测技术的发展历程及趋势。阐述了将多种遥感目的和功能集于一体微波成像探测的优势和必要性。通过多频点大口径天馈、高灵敏度多通道接收及高稳定度长寿命转动机构等关键技术的突破,研制了一体化微波成像探测样机。与目前在轨的风云三号(FY-3)卫星微波成像仪相比,最高测量频段提高、细分通道数目增多、探测灵敏度及辐射测量精度提升,实现了大气温度廓线、大气湿度廓线和地表成像的一体化同源观测,在增强数据同化能力的同时提高了卫星的载荷效率,可同时获得全天时、全天候的海面风场,海面温度,海冰分布和雪覆盖,大气温湿度廓线,大气水汽和液态水分布等全球性气象资料。对一体化微波成像探测技术的高分辨率、高频率接收和全极化探测等发展方向进行了展望。     

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。     

星载激光雷达森林探测进展及趋势

森林是陆地上组成结构最复杂的生态系统,星载激光雷达兼具高垂直分辨率的优势和大范围数据获取的特点,在大区域尺度的森林参数定量反演方面具有独特的优势。从全波形激光雷达、光子计数激光雷达、成像激光雷达的技术特点、数据处理和森林参数提取等方面,总结了国内外森林探测激光雷达卫星载荷的发展、参数设置及应用潜力,以服务我国星载激光雷达森林探测系统的建设和发展。结合激光雷达辐射传输模型,探讨适合森林探测的激光雷达传感器参数方案,并以ICESat卫星的地球科学测高系统(GLAS)和先进地形激光测高系统(ATLAS) 数据为例,探讨星载激光雷达的森林参数反演方法,最后总结梳理了现有星载载荷的优劣并给出后续载荷发展的建议。     

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。     

中国科学院空间主动光电技术重点实验室

<正>实验室定位:围绕国家战略需求和重大科技前沿,在空间量子、激光与光谱技术领域开展基础与应用基础研究,以提升我国空间主动光电探测能力为宗旨,为我国在空间科学、深空探测、对地观测等领域引领发展提供技术基础。聚焦和培养高水平研究人才,建设成国际先进、国内领先的研究平台。     

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。     

高光谱遥感技术发展与展望

高光谱遥感技术是在成像光谱学基础上发展起来的一种遥感信息获取技术,因其高光谱分辨率及光谱和图像同时获取的能力,在大气探测、航天遥感、地球资源普查、军事侦察、环境监测、农业和海洋遥感等领域有着广泛和重要的应用。文章对高光谱遥感技术的发展概况进行了回顾,详细介绍了典型的高光谱遥感仪器的发展历程及其主要参数,对比了不同时期各个国家高光谱遥感载荷的性能特点,分析了中国高光谱遥感技术发展现状,并归纳了国际上未来高光谱遥感技术发展计划。文章结合当前信息时代的发展特点,对高光谱遥感技术未来发展进行了展望,指出了高光谱遥感技术探测波段进一步拓宽,时间、空间及光谱分辨率进一步提高,高光谱遥感技术种类进一步丰富,图像、光谱、偏振多元信息一体化获取,智能化、网络化以及小型轻量化的发展趋势,可为中国高光谱遥感技术的进一步成熟化和实用化提供参考。     

面向微纳卫星应用的激光数传技术

针对遥感微纳卫星对地高速数传需求,开展面向微纳卫星的激光数传技术研究,突破微纳卫星激光通信终端星地快速捕获建链和协同高精度稳定跟踪、天基终端轻小型化、复合光电组件等关键技术。完成微纳卫星的天基激光终端和地面激光终端研制,并开展星地传输试验验证,实现 1 230 km、10/50/100 Mbps 的星地数据传输,验证了相关技术,为后续我国微纳卫星对地遥感应用提供了理想的星地数传手段。     

大气探测激光雷达组网观测一致性研究

通过激光遥感获取气溶胶、云垂直分布情况，对研究气溶胶、云微物理特性、辐射强迫效应以及污染物传输等具有重大意义。在实际应用中激光雷达受激光器能量、发散角以及透过率等影响，会导致各雷达面对同一目标物探测数据不一致。随着地基大气探测激光雷达逐步规模化、标准化，对雷达组网观测一致性开展研究具有重要意义。为保证组网激光雷达数据高质量和高可靠性，在雷达系统自标定基础上，利用太阳光度计、大气分子模型获取激光雷达系统常数，确保各激光雷达回波信号定量可比。通过激光雷达组网观测进行探测目标一致性比对试验，以验证激光雷达系统探测一致性精度。结果表明：标定后，532 nm距离修正信号在1~2 km区间相对偏差从64.89%降低到22.16%，在2~5 km区间相对偏差从49.26%降低到8.90%，在9.5~11.5 km相对偏差从46.83%降低到10.91%；532 nm退偏比在1~2 km区间相对偏差从69.68%降低到20.68%，在2~5 km区间相对偏差从71.24%降低到6.69%，在9.5~11.5 km相对偏差从140.24%降低到9.02%；532 nm后向散射系数在1~2 km区间相对偏差从37.45%降低到23.63%，在2~5 km区间相对偏差从29.15%降低到21.45%，在9.5~11.5 km相对偏差从76.02%降低到24.16%。组网激光雷达数据结果一致性较好，可在多站点进行高精度探测，在气候变化研究、碳排放监测和环境研究等领域发挥重要作用，为大规模大气变化规律研究提供高质量、有效数据。     

天基逆合成孔径激光雷达高灵敏度接收技术

逆合成孔径激光雷达(ISAL)是一种主动式成像雷达,是合成孔径技术和激光雷达技术相结合的产物,具有极高的成像分辨率。由于无大气干扰,因此天基成像的环境十分有利于ISAL系统的部署,然而探测灵敏度不够,难以实现远距离探测的问题极大地制约了天基ISAL系统的应用。针对这一难点,提出使用高灵敏度相干平衡探测实现ISAL的空间远距离探测,计算了ISAL平衡探测的信噪比。在此基础上,提出了一种基于频率上转换的高灵敏度平衡探测接收方法,即信号光和本振光先经过频率上转换,再进行平衡探测,并实验验证了该方法的可行性。     

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。     

微波无源遥感有效载荷现状与发展

针对微波无源遥感有效载荷这一卫星有效载荷中发展最早、最成熟的子领域,对从20世纪60年代至今,世界范围内在轨与在研共17个具有代表性的载荷产品进行了研究。综合分析了微波无源遥感载荷在气象、海洋、陆地、大气环境及深空微波遥感等应用领域的发展现状,归纳出无源微波遥感有效载荷向定量应用、功能复合、主被动一体、体制混合、太赫兹探测等方向的发展趋势。总结了我国与欧美发达国家在系统应用水平、反演处理能力、关键部组件性能、研发条件等方面存在的差距,提出了后续发展静止轨道毫米波亚毫米波探测仪、一体化微波成像探测仪、太赫兹冰云探测仪、L波段土壤湿度微波探测仪、亚毫米波临边探测仪、行星探测仪等载荷的设想。     

国外深空探测光学遥感载荷发展现状与启示

文章对国外近十几年来的深空探测光学遥感载荷的发展情况进行了介绍,并按科学目标进行了分类。总结了深空探测光学遥感载荷的发展趋势与启示,为深空探测光学遥感载荷的发展提出了几点建议。     

中国空间站光学遥感载荷的发展研究

光学遥感载荷的空间站平台相比卫星平台具有很大的优势,吸引了包括俄罗斯、美国和欧空局在内的国际空间站成员国争相进行空间站光学遥感载荷的新技术实验验证和对地观测研究。文章介绍了国际空间站光学遥感载荷的观测方式和特点,结合国际空间站光学遥感载荷的应用情况,从新技术实验验证和对地观测两个方面分析了中国空间站光学遥感载荷发展应该注意的问题,为中国空间站光学遥感载荷的发展提出了几点建议。     

星载激光遥感技术的发展及应用

文章简要介绍了星载激光遥感的技术原理与特性,并对几种星载激光雷达在大气探测、星体测绘、冰盖监测及全球高分辨率测绘等领域的应用做了介绍,最后分析了中国发展星载激光遥感现阶段的已有基础及对未来的发展展望。     

我国航空航天遥感技术进展初探

本文主要介绍了我国遥感科学技术发展的现状，包括我国航天对地观测体系及国家级遥感卫星数据接收和服务系统，传感器数据获取技术，遥感影像数据处理技术，空间信息分析机理及技术等方面的进展和成果。