基于卡尔曼平滑算法重建高时空分辨率星载IPDA激光雷达XCO2观测的方法研究
摘要
大气环境监测卫星（DQ-1）搭载的星载路径积分差分吸收（IPDA）激光雷达可以实现陆地空间分辨率为50 km的二氧化碳（CO2）柱平均干空气混合比（XCO2）的高精度观测，但对于一些特定的场景，需要更高的时空分辨率以评估CO2排放。根据星载IPDA激光雷达XCO2原始观测数据的高时空分辨率优势与离线获取特性，提出使用卡尔曼平滑算法重建高时空分辨率XCO2观测结果。首先通过模拟试验选择卡尔曼平滑算法状态转移矩阵，随后对比卡尔曼平滑算法与空间分辨率为50 km的滑动平均算法的滤波性能。结果表明：卡尔曼平滑算法不仅保留原始观测的时空分辨率（0.05 s，337.5 m），其滤波结果与真值之间的平均绝对值偏差（MAE）相比于时空分辨率为7.4 s与50 km的滑动平均算法下降9.46%，均方根误差（RMSE）下降13.39%，相关系数提升6.46%。进一步比较卡尔曼平滑算法与滑动平均算法对同一点源排放的监测能力，结果表明：根据卡尔曼平滑算法滤波结果计算的点源排放速率更接近排放清单，验证了卡尔曼平滑算法在高时空分辨率XCO2观测场景下的应用能力。
引用本文（GB/T 7714）
樊增昌 Fan Zengchang, 杨海龙 Yang Hailong, Lingbing Bu, 等. 基于卡尔曼平滑算法重建高时空分辨率星载IPDA激光雷达XCO2观测的方法研究[J]. Acta Optica Sinica, 2025.
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