船载激光外差温室气体探测系统研制

吴兰艳; 杨晨光; 邓昊; 李仁仕; 杨清宇; 阚瑞峰

doi:10.37188/OPE.20243221.3157

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船载激光外差温室气体探测系统研制

现代应用光学 | 更新时间：2024-12-23

- 船载激光外差温室气体探测系统研制
- Development of shipborne laser heterodyne greenhouse gas detection system
- 光学精密工程 2024年32卷第21期页码：3157-3165
- 作者机构：
  
  1.中国科学院深海科学与工程研究所，海南三亚 572000
  2.中国科学院大学，北京 101408
  3.中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥 230031
- 作者简介：
  
  [ "吴兰艳（1997-），女，广西河池人，硕士研究生，2020年于中国科学技术大学获得学士学位，主要从事激光光谱技术与控制算法方面的研究。E-mail： wuly@idsse.ac.cn" ]
  [ "杨晨光（1986-），男，安徽安庆人，高级工程师，2008年、2013年于华中科技大学分别获得学士和博士学位，主要从事光谱技术研究与海洋传感探测设备的研发。E-mail： yangcg@idsse.ac.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金青年科学基金资助项目(42105129);国家自然科学基金面上项目(62475267);中国科学院青年交叉团队(JCTD-2022-14)
- DOI：10.37188/OPE.20243221.3157
  中图分类号： O433.1;O657.38
- 纸质出版日期：2024-11-10，
  
  收稿日期：2024-10-12，
  
  修回日期：2024-11-06，
- 稿件说明：
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吴兰艳,杨晨光,邓昊等.船载激光外差温室气体探测系统研制[J].光学精密工程,2024,32(21):3157-3165.

WU Lanyan,YANG Chenguang,DENG Hao,et al.Development of shipborne laser heterodyne greenhouse gas detection system[J].Optics and Precision Engineering,2024,32(21):3157-3165.
吴兰艳,杨晨光,邓昊等.船载激光外差温室气体探测系统研制[J].光学精密工程,2024,32(21):3157-3165. DOI： 10.37188/OPE.20243221.3157.

WU Lanyan,YANG Chenguang,DENG Hao,et al.Development of shipborne laser heterodyne greenhouse gas detection system[J].Optics and Precision Engineering,2024,32(21):3157-3165. DOI： 10.37188/OPE.20243221.3157.

摘要

针对海洋大气温室气体柱浓度的探测需求，研制了一套适合于船载平台应用的1.57 µm近红外激光外差辐射探测系统。通过低成本监控云台的图像跟踪算法简化图像处理与控制算法，降低算法延时，实现船载动平台的稳定太阳跟踪。提出了本振光温度阶梯调谐的激光外差测量方法减小跟踪误差影响的同时降低非散粒噪声，提高测量信噪比。南海海上实验表明，该系统实测最大跟踪误差为1.98 mrad，满足激光外差探测需求；同时，实现了走航与漂航过程中大气二氧化碳柱浓度的连续监测，测量结果波动小于±1.0×10

，波动范围仅为传统本振光电流调谐的1/12。该系统为海洋大气本底温室气体柱浓度探测提供了重要的技术支撑。

Abstract

In response to the need for detecting column concentrations of greenhouse gases in the marine atmosphere， a 1.57 µm near-infrared laser heterodyne radiometric detection system suitable for shipborne platforms was developed. An image tracking algorithm was developed based on a low-cost surveillance pan-tilt system. The algorithm delay was reduced by sim

plifying the image processing and control algorithms. This enabled stable solar tracking on a shipborne dynamic platform. A measurement method with local oscillator laser temperature step tuning was proposed. This reduces the impact of tracking errors and non-short noise， thereby improving the signal-to-noise ratio of the measurements. Sea trials were conducted in the South China Sea using the system， and the maximum measured tracking error was 1.98 mrad， meeting the requirements for laser heterodyne detection. Continuous monitoring of atmospheric CO

column concentration was achieved during both cruising and drifting modes. The fluctuation in the measured CO

column concentration was less than ±1.0×10

， reducing the fluctuation range to 1/12 of that observed with traditional local oscillator laser current tuning. This system provides the technical means for subsequent detection of background greenhouse gas column concentrations in the marine atmosphere.

关键词

激光外差船载探测二氧化碳柱浓度本振光温度调谐

Keywords

laser heterodyneshipborne detectionCO2 column concentrationlocal oscillator laser temperature tuning

references

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