CN105424611A - 大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***，包括有超净工作室，超净工作室内底部转动安装有二维旋转平台，二维旋转平台上设置有大气痕量气体观测载荷，超净工作室内还设有样品池，超净工作室一侧开有成像扫描条状测量窗口，超净工作室顶部开有天顶方向太阳散射光观测窗口、太阳光入射窗口，太阳光入射窗口下方的超净工作室内设有太阳跟踪装置，太阳光从太阳光入射窗口入射至超净工作室内，经过太阳跟踪装置后，水平穿过样品池入射至大气痕量气体观测载荷。本发明可实现大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证。

Description

大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***
技术领域
本发明涉及大气痕量气体测量***领域，具体是一种大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***。
背景技术
大气痕量气体观测载荷在原始获取紫外/可见地表、天空散射光信号的基础上需要通过特定算法对测量数据进行处理、得到大气痕量气体浓度信息，因此对实际大气的测量能力为载荷性能的最终衡量方式。为了验证载荷的综合性能，需要在地面测试载荷对气体的测量能力，包括对已知浓度的标准气体和实际大气的测量能力（包括成像扫描测量能力）；同时为验证载荷辐射定标及光谱定标精度也需要在地面进行相应的测试。目前没有一种满足该类型载荷地面性能综合测试与验证的***。
发明内容本发明的目的是提供一种大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***，以解决现有技术没满足该类型载荷地面性能综合测试与验证的***的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***，包括有超净工作室，其特征在于：超净工作室内底部转动安装有二维旋转平台，二维旋转平台上设置有大气痕量气体观测载荷，超净工作室内位于大气痕量气体观测载荷水平方向一侧设有样品池，样品池中充有气体，所述超净工作室一侧开有成像扫描条状测量窗口，超净工作室顶部位于二维旋转平台正上方开有天顶方向太阳散射光观测窗口，超净工作室顶部位于天顶方向太阳散射光观测窗口一侧还开有太阳光入射窗口，太阳光入射窗口下方的超净工作室内设有太阳跟踪装置，太阳光从太阳光入射窗口入射至超净工作室内，经过太阳跟踪装置后，水平穿过样品池入射至大气痕量气体观测载荷。
所述的大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***，其特征在于：所述***拥有天顶方向太阳散射光观测窗口和水平成像扫描条状测量窗口，大气痕量气体观测载荷在二维转台的带动下，分别测量天顶方向和水平方向散射光信息，可得到痕量气体柱浓度，验证其对痕量气体的测试效果。
所述的大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***，其特征在于：所述***拥有水平成像扫描条状测量窗口，大气痕量气体观测载荷在二维转台的带动下，可模拟飞行时的推扫工作方式，测量痕量气体二维分布，验证载荷成像测量能力。
所述的大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***，其特征在于：所述太阳跟踪装置由多个反射镜和一个半反半透镜构成，太阳光经过多个反射镜反射后，再垂直向下透射过半反半透镜，然后经最后一个反射镜反射后水平穿过样品池入射至大气痕量气体观测载荷。
所述的大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***，其特征在于：所述超净工作室内还设置有氙灯，氙灯的出射光经过太阳跟踪装置中半反半透镜反射后，再经过太阳跟踪装置中最后一个反射镜反射后水平穿过样品池入射至大气痕量气体观测载荷。
本发明可实现大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证，为载荷提供地面性能验证平台，包括载荷对已知浓度的标准气体和实际大气的测量能力（包括成像扫描测量能力）；辐射定标及光谱定标精度验证。
附图说明
图1为大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***原理框图。
具体实施方式
参见图1所示，大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***，包括有超净工作室9，超净工作室9内底部转动安装有二维旋转平台7，二维旋转平台7上设置有大气痕量气体观测载荷4，超净工作室9内位于大气痕量气体观测载荷4水平方向一侧设有样品池3，样品池3中充有气体，超净工作室9一侧开有成像扫描条状测量窗口8，超净工作室9顶部位于二维旋转平台7正上方开有天顶方向太阳散射光观测窗口6，超净工作室9顶部位于天顶方向太阳散射光观测窗口6一侧还开有太阳光入射窗口1，太阳光入射窗口1下方的超净工作室9内设有太阳跟踪装置2，太阳光从太阳光入射窗口2入射至超净工作室9内，经过太阳跟踪装置2后，水平穿过样品池3入射至大气痕量气体观测载荷4。
太阳跟踪装置2由多个反射镜21和一个半反半透镜22构成，太阳光经过多个反射镜反射后，再垂直向下透射过半反半透镜22，然后经最后一个反射镜反射后水平穿过样品池3入射至大气痕量气体观测载荷4。
超净工作室9内还设置有氙灯5，氙灯5的出射光经过太阳跟踪装置2中半反半透镜22反射后，再经过太阳跟踪装置中最后一个反射镜反射后水平穿过样品池3入射至大气痕量气体观测载荷4。
本发明为测试载荷对气体的测试能力，评估载荷综合性能，同时验证光谱、辐射定标精度，发明地面性能综合测试与验证***，开展气体测试与定标精度验证工作。具体测量及工作内容可分为：
1）已知浓度样气测试
测试载荷气体测量精度、稳定性、重复性和线性响应，通过多次测量不同已知浓度的样气，评估载荷性能。实际测试时利用太阳直射光（天气状况良好时）或氙灯（天气状况不满足需要时）作为光源照射充满样气的样品池，载荷通过测量无样气及有样气时的光谱信号，利用算法得到样气浓度，并通过与已知的浓度进行对比、完成载荷气体测量精度、稳定性、重复性和线性响应等测试工作。
具体的，利用太阳跟踪装置2跟踪太阳，直射太阳光通过太阳光入射窗口1进入测量光路，并通过已知浓度的标准气体3后被大气痕量气体观测载荷4接收，通过对比测量浓度和已知浓度实现对载荷性能评估。而当天气状况不满足需要时（阴天或者夜晚），利用氙灯5作为光源，该光源发出的光同样经过已知浓度的标准气体3后被大气痕量气体观测载荷4接收，同样通过对比测量浓度和已知浓度实现对载荷性能评估。
2）实际大气测试
测试载荷对实际大气的测试能力，模拟多轴差分吸收光谱仪工作原理进行测试。多轴差分吸收光谱仪通过测量不同角度的太阳散射光信号，并根据不同角度散射光对大气痕量气体的吸收光程不同、利用痕量气体指纹吸收来反演痕量气体浓度，该仪器一般利用近水平（5度左右）与天顶（90度）的散射光信号进行工作。载荷通过测量天顶方向（需要天顶窗口）与水平方向（需要水平窗口与转台）太阳散射光模拟多轴差分吸收光谱仪工作方式进行测量，并将测量结果与多轴差分吸收光谱仪测量结果进行对比，来测试验证载荷对实际大气的测试能力。
具体的，利用二维旋转平台7旋转大气痕量气体观测载荷4至天顶观测方向，并通过天顶方向太阳散射光观测窗口6测量天顶方向的太阳散射光信号，然后利用二维旋转平台7旋转大气痕量气体观测载荷4至水平观测方向，通过成像扫描条状测量窗口8测量水平方向太阳散射光信息，模拟差分吸收光谱仪工作原理计算实际大气柱浓度，并通过与多轴差分吸收光谱仪测量结果的对比，来测试验证载荷对实际大气的测试能力。
3）气体二维分布成像测试
载荷的最终数据产品为气体二维分布成像图，在实验室内通过转台对气体二维分布成像进行测试、验证。载荷为成像光谱仪，一次测量能获取痕量气体在一个条带的分布，需通过移动获取二维分布，机载工作时通过飞机运动、推扫获取痕量气体二维分布，地面测试时需要借助一维转台来实现。将载荷安装在转台上、通过实验室墙面所开的条状石英窗口进行扫描测试，完成对气体二维分布的测量。实际工作中可通过室外人工释放高浓度样气等办法模拟不同浓度的气体分布来验证载荷的成像测量能力。
具体的，利用二维旋转平台7旋转大气痕量气体观测载荷4至水平观测方向，通过成像扫描条状窗口8、结合二维旋转平台7、载荷4进行扫描测量，完成对气体二维分布的测量，验证其成像测量能力。
4）辐射、光谱定标精度验证
在性能测试阶段，均对辐射、光谱定标精度有相应的测试与评价，在这里结合实际测量对上述定标精度进行验证。对于辐射定标利用载荷测量结果与标准探测器测量结果的对比进行验证；而对光谱定标，利用太阳光谱中的夫琅禾费线进行验证、评估。
具体的，利用太阳跟踪装置2跟踪太阳，直射太阳光通过太阳光入射窗口1进入测量光路，大气痕量气体观测载荷4接收太阳直射光，完成光谱及辐射测量精度验证。
在测试过程中不时需要开盖调试，为保证载荷清洁，大气痕量气体观测载荷4及相关装置需放置在超净工作间9内。

Claims (5)

1.大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***，包括有超净工作室，其特征在于：超净工作室内底部转动安装有二维旋转平台，二维旋转平台上设置有大气痕量气体观测载荷，超净工作室内位于大气痕量气体观测载荷水平方向一侧设有样品池，样品池中充有气体，所述超净工作室一侧开有成像扫描条状测量窗口，超净工作室顶部位于二维旋转平台正上方开有天顶方向太阳散射光观测窗口，超净工作室顶部位于天顶方向太阳散射光观测窗口一侧还开有太阳光入射窗口，太阳光入射窗口下方的超净工作室内设有太阳跟踪装置，太阳光从太阳光入射窗口入射至超净工作室内，经过太阳跟踪装置后，水平穿过样品池入射至大气痕量气体观测载荷。
2.根据权利要求1所述的大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***，其特征在于：所述***拥有天顶方向太阳散射光观测窗口和水平成像扫描条状测量窗口，大气痕量气体观测载荷在二维转台的带动下，分别测量天顶方向和水平方向散射光信息，可得到痕量气体柱浓度，验证其对痕量气体的测试效果。
3.根据权利要求1所述的大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***，其特征在于：所述***拥有水平成像扫描条状测量窗口，大气痕量气体观测载荷在二维转台的带动下，可模拟飞行时的推扫工作方式，测量痕量气体二维分布，验证载荷成像测量能力。
4.根据权利要求1所述的大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***，其特征在于：所述太阳跟踪装置由多个反射镜和一个半反半透镜构成，太阳光经过多个反射镜反射后，再垂直向下透射过半反半透镜，然后经最后一个反射镜反射后水平穿过样品池入射至大气痕量气体观测载荷。
5.根据权利要求1或2所述的大气痕量气体观测载荷地面性能综合测试与验证***，其特征在于：所述超净工作室内还设置有氙灯，氙灯的出射光经过太阳跟踪装置中半反半透镜反射后，再经过太阳跟踪装置中最后一个反射镜反射后水平穿过样品池入射至大气痕量气体观测载荷。
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