2019-02-02 22:42:02
创新的GEDI仪器正在收集森林数据

美国宇航局仪器科学家布莱恩布莱尔刚刚完成为该机构的火星轨道器激光高度计(MOLA)编写飞行软件,当时他于1991年被邀请乘坐P-3研究飞机上的激光雷达仪器在冰盖上测试新的激光雷达技术在格陵兰岛。在途中,他收集了纽约州森林地区的测量数据。他在数据中发现的东西震惊了他,导致了为期27年的探索,建造了一个用于测量森林的太空激光雷达。

该工具 - 全球生态系统动力学调查(GEDI)现在正在收集数据,作为国际空间站上最大的科学设施 - 日本实验舱的有效载荷。预计收集数据至少两年。

“我们在森林上拍摄激光,我们看到的是疯狂,复杂的结果,可能表明下方森林结构的信号回来了,”布莱尔回忆说,美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的副首席研究员。

飞机的飞行和发现使他想到:光能探测和测距,或者激光雷达 - 科学家们用MOLA绘制贫瘠火星地形的技术 - 在绘制森林方面同样有效吗?利用研究和开发基金,他从各种NASA研发项目中拼凑而成,他将创新理念提升为有史以来第一个致力于提供森林三维视图和森林在碳循环中作用细节的使命。

“GEDI近三十年的发展证明了研究和开发的价值,它经常将'疯狂的想法'变成工具。它还强调了构思,构建原型,测试仪器的重要性,以及GEDI的案例是,首先制造飞机仪器以完成测量技术和所需技术,“戈达德首席技术专家Peter Hughes说。 “当美国宇航局投资好主意时,GEDI就是一个典型代表。”

创新技术实现GEDI

由马里兰大学教授拉尔夫·杜巴亚(Ralph Dubayah)领导的GEDI,就像星球大战中的名声一样,宣布绝地,通过几项创新技术开展工作。 GEDI能力的核心是它的三个专门的激光器,它们向地球发射激光束,在那里它们穿透森林并弹射它们所击中的一切,它们可以是密集的树冠顶部的树叶,突出的树枝,最后是森林出现的地面。 。然后,它的机载望远镜接收反射信号,标记它们返回的时间。

然而,四年前NASA的Earth Venture计划选择开发的GEDI做得更多。与在太空中飞行的许多其他激光雷达仪器不同,GEDI采用所谓的基于波形的测量技术来分析返回的光信号的形状,而不仅仅是返回时间。波形显示地形上方的表面分布,使其特别适用于测量树木和植被的密度和结构,甚至是森林树冠内树叶和树枝的结构。

因此,它允许科学家从空间获得植被的三维结构。该信息可用于绘制野生动物栖息地,生物多样性以及植被中储存的生物量和碳量。

这个重达1,160磅的GEDI也坐在云台上,因此,它主动指向地球上的特定地面轨道。为了使其具有更宽的表面视图,GEDI使用复杂的光学系统将三个激光束分成八个地面轨道 - 两个激光器分别产生两个地面轨道,第三个产生四个。这些技术共同使GEDI能够对北纬51.6度和南纬51.6度的所有土地进行采样,覆盖温带和热带森林。

“如果没有指向系统,我们需要花费三倍的时间来完成我们需要的覆盖范围,”Blair解释道。

LVIS:必不可少的探路者

布莱尔强调说,没有它的前身,一种名为陆地,植被和冰传感器的飞机仪器,或者在20世纪90年代末布莱尔开始飞行的LVIS,就在他构思仪器概念几年之后,GEDI就不可能实现。从那以后,LVIS已经成为更多本地化测量的支柱。除了测绘森林外,LVIS还测量了冰盖。

研究人员表示,LVIS不仅提供了前所未有的有关森林檐篷的数据,还创建了一个熟悉测量技术及其实用性的数据用户社区,这个社区将在未来几个月内利用GEDI更全面的测量结果。 “如果没有这个已经建立起来的用户社区,那么就很难获得资金支持,”他说。

“我们在戈达德开创了这一使命,”布莱尔补充道。 “多年来,没有Goddard和NASA总部的地球科学部门的支持,我们无法做到这一点。这是一种基于本土测量技术的本土仪器。”

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