一种主被动一体化大气成分超光谱遥测仪及系统

1.本发明涉及环境光学遥感领域，特别涉及一种主被动一体化大气成分超光谱遥测仪及系统。


背景技术：

2.差分光学吸收光谱(即：doas)技术，最初是由noxon和platt等人在20世纪70年代末提出的一种开放式光路的光学遥测技术。该方法主要基于朗伯-比尔定律(lambert-beer)定律，利用光线在大气中传输时各种气体分子在不同波段对传输光的吸收特征，从而对气体实现定性、定量测量的一种光谱分析方法。与传统点式监测仪器相比，doas技术具有非接触、多组分实时在线监测等无法比拟的优势。
3.现有的doas仪器，基于光源的不同，可分为主动doas和被动doas。
4.主动doas采用的是人工光源(氘灯、氙灯、led等)，其中长光程doas(lp-doas)是主动doas的一种典型代表。其优势在于可以实现全天候不间断的近地面痕量气体监测，但是存在白天工作时大气背景杂散光造成信噪比降低、光源寿命有限、无法实现多仰角观测等局限性。此外，长光程doas虽然可以利用角反射镜增加光的传输光程、提高信噪比，但是也限制了lp-doas的探测范围；即使在远距离不同方位处增设多个角反射镜也只能实现一层网络的观测。
5.被动doas利用自然光(太阳光、月光、星光)作为观测光源，其中太阳光应用较为广泛，比较典型的是采用散射太阳光谱测量痕量气体的多轴doas(max-doas)技术，max-doas系统能够在多个仰角位置接收太阳散射光，即在多个离轴观测角度的基础上应用doas技术，从而实现对流层痕量气体的垂直分布信息以及垂直柱浓度的探测。该监测系统利用的是太阳光源，从而避免了主动doas光源寿命有限、需要更换光源等问题。但是，依靠太阳光观测的特性使max-doas的观测时间仅仅局限于白天，并且阴天、雨天等光强较弱的天气会导致观测效果不理想。即，该技术无法实现全天候零间断的实时性观测，并且观测效果受天气影响较大，严重限制了该技术的应用场合。
6.由此可见，现有的doas技术应用方面主要存在以下问题：
7.主动doas，可以进行白天、夜晚的不间断连续工作，但是工作时长受光源的使用寿命限制；白天工作时，大气背景杂散光增加了噪声信号；扫描高度仅限于仪器所处的水平面，无法实现多仰角观测获得气体组分的垂直廓线以及垂直柱浓度信息；探测范围的有限，在多个方位角放置角反射镜，也只能实现一层网络的观测。
8.被动doas，只能工作于白天且天气较为晴朗、光照充足的场合，即观测效果受天气、光照影响较大，无法实现24小时零间断的实时性观测。
9.此外，现有技术中每台doas仪器各自独立工作，互不相关，缺少协作性，无法实现多层网络观测。


技术实现要素：

10.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种主被动一体化大气成分超光谱遥测仪及系统。
11.一种主被动一体化大气成分超光谱遥测仪，包括用于对光线的光信号进行处理的内机模块，还包括用于接收或出射光的外机模块，
12.所述外机模块包括用于收集、传递光的望远镜，用于调节望远镜角度的角度调节装置，用于出射光的主动光源，用于改变光的光路、可旋转的平面反射镜，用于接收光、与内机模块通过光纤连接的光纤接收端；
13.经望远镜收集并传递的光通过平面反射镜反射后被光纤接收端接收，并传输至内机模块进行光信号处理；
14.主动光源的出射光经平面反射镜反射后通过望远镜传递后向外射出。
15.具体的，内机模块包括光谱仪、电路主板mcu和电脑，光谱仪用于接收经光纤传输来的光信号，电路主板mcu用于控制温度、实现转接电源、并对数据进行传输，电脑用于接收信号、发送指令并对光谱进行后续的处理；
16.当主被动一体化大气成分超光谱遥测仪用于接收光时，通过角度调节装置调节望远镜的角度进而调节望远镜接收光的角度，同时调节平面反射镜的反光面朝向光纤接收端；此时望远镜接收的光经过平面反射镜反射之后被光纤接收端接收；
17.当主被动一体化大气成分超光谱遥测仪用于出射光时，通过角度调节装置调节望远镜进而调节光的出射方向，打开主动光源，调节平面反射镜的反光面朝向主动光源，主动光源发射的光线经平面反射镜反射之后通过望远镜后出射；
18.当利用主被动一体化大气成分超光谱遥测仪测量主动光源的参考谱时，打开主动光源，并调节平面反射镜的位置，使得主动光源的出射光经准直、聚焦后直接被光纤接收端接收，内机模块随即对该光信号进行分析得出参考谱。
19.优选的，所述望远镜为双目望远镜，包括中空、且侧面设有出光口的望远镜主体，所述望远镜主体的两端分别设有平镜组和观远透镜组，所述望远镜主体内部固定有可旋转的用于改变光路的棱镜；
20.经平镜组或观远透镜组传入的光经过棱镜反射从出光口射出。
21.具体的，主被动一体化大气成分超光谱遥测仪作为接收机且环境光线充足时，利用角度调节装置调节望远镜的方向，使光经过平镜组射入即可；
22.主被动一体化大气成分超光谱遥测仪作为接收机且环境光线不充足时，由于观远透镜组可以增大进光量，增加接收信号的强度，提高信噪比，因此可利用角度调节装置调节望远镜的方向，利用观远透镜组对环境光线进行收集；
23.主被动一体化大气成分超光谱遥测仪作为发射机时，此时通常处于环境光线不充足的环境下，进行检测需要同时设置接收机和发射机，由于观远透镜组可以对系统内的出射光起到扩束的作用，让光以更大的直径发射出去，便于接收机寻找和方位校准，因此可根据具体的测试需求利用角度调节装置调节望远镜的方向，使得主动光源的出射光经过平镜组或观远透镜组射出。
24.优选的，所述望远镜还包括摄像头，所述摄像头用于确定望远镜收集、传递光的方向。
25.具体的，将主被动一体化大气成分超光谱遥测仪作为发射机，打开主动光源，并调节棱镜的角度，使主动光源的出射光分别经平镜组和观远透镜组出射，出射光形成光斑，在多个距离处划定光斑在摄像头视场内的大致范围，据此可以得出光斑大小在摄像头视场内的范围随距离变化的函数关系，之后则可通过此函数关系来确定远距离处接收机的视场范围和发射机的光斑大小在摄像头视场范围的大致方位和面积，进而利用摄像头确定光的观测或发射方位。
26.优选的，所述角度调节装置包括用于驱动外机模块旋转的方位角电机、用于调节望远镜与水平面之间夹角的仰角调节装置；所述仰角调节装置包括仰角电机，所述仰角电机通过传动装置与望远镜活动连接，所述传动装置内设有供光穿过的通路；
27.望远镜收集的光经过棱镜反射且从出光口射出再经过通路传输至平面反射镜，经平面反射镜反射后被光纤接收端接收；
28.主动光源的出射光经平面反射镜反射后通过通路和出光口传输至棱镜，经棱镜反射后通过观远透镜组或平镜组射出。
29.具体的，所述传动装置采用齿轮传动机构，包括与仰角电机的输出轴连接的第一齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述第二齿轮通过传动轴与望远镜活动连接，所述传动轴为空心轴，空心轴的内部中空部分即为光的通路；此种结构下可使仰角电机输出轴在与望远镜旋转轴线不重合的条件下，实现仰角的切换，保持光路的畅通。
30.此外，通过配置齿数比，还可以进一步减小仰角改变量的最小值从而提高仰角切换精度，一定的减速比使双目望远镜的仰角切换动作更加稳定。除了齿轮传动以外，也可以采用带传动等其他传动方式，此处不再赘述。
31.优选的，还包括用于收束光线的收束透镜组、用于聚焦光线的聚焦透镜；
32.望远镜收集的光经过通路传输后被收束透镜组收束后照射于平面反射镜，光经平面反射镜反射、再通过聚焦透镜后被光纤接收端接收；
33.主动光源的出射光经过平面反射镜反射后再由收束透镜组收束后，再经通路传输至棱镜。
34.具体的，所述收束透镜组将平行光束的直径缩小，从而减小对传动轴和传动机构的尺寸需求，间接减小了遥测仪的尺寸和重量；因此如若主动光源选用能出射直径较小的平行光时，则无需设置收束透镜组；所述收束透镜组可采用双凸透镜的透镜组或单凸、单凹透镜组。
35.所述聚焦透镜用于汇聚白天的大气散射光、夜间的人工光源光。
36.优选的，还包括光室，所述主动光源设于光室内，所述光室还设有用于对主动光源散热的散热部件、准直透镜；
37.主动光源的出射光经过准直透镜准直后射出到平面反射镜。
38.具体的，所述主动光源可选用人工光源中的任意一种，如led、不同波段的led组合、氘灯、氙灯；根据所需检测的目标气体的特征吸收波段，选择对应波段的人工光源即可。
39.主动光源工作时会产生大量的热量，造成自身和所在电路板升温，温度的剧烈上升不仅影响电路的正常工作性能、缩减主动光源的工作寿命，还会造成波形的变动偏移，从而对最终的测量准确性产生影响。因此，需设置散热部件用于帮助主动光源快速散热，使主动光源的温度保持在一个恒定水平，保护电路和主动光源的工作性能，稳定出射光的波形，
从而保证测量结果的准确性。所选散热方式为风冷散热，部件可以细分为珀耳帖、散热片和风扇，也可以选择水冷等其他散热方式。
40.此外，所述光室的各部件均采用可拆卸连接的方式。
41.一种主被动一体化大气成分超光谱遥测系统，包括：
42.当望远镜收集到的自然光能满足检测需求时，所述遥测系统包括至少1个如上任一项所述的主被动一体化大气成分超光谱遥测仪，并将主被动一体化大气成分超光谱遥测仪作为接收机；
43.所述接收机设置步骤包括，利用角度调节装置调节望远镜的角度，使望远镜的角度与需收集的光线的角度适配，同时调节平面反射镜使其反光面朝向光纤接收端、望远镜收集并传递的光通过平面反射镜反射后被光纤接收端接收，并传输至内机模块进行光信号处理；
44.当望远镜收集到的自然光不能满足检测需求时，所述遥测系统包括至少2个如上任一项所述的主被动一体化大气成分超光谱遥测仪，其中，将至少一台超光谱遥测仪作为接收机，将至少一台超光谱遥测仪作为发射机；
45.所述发射机设置步骤包括，调节平面反射镜的反光面的位置、并利用角度调节装置调节望远镜的角度，打开主动光源，利用平面反射镜的反光面改变主动光源发射出的光线的光路，主动光源的出射光经平面反射镜反射后通过望远镜传递后向外射出；
46.接收机接收发射机发射出的光线后利用内机模块进行检测分析。
47.优选的，将若干主被动一体化大气成分超光谱遥测仪设置为多层环状的测量网络，且多层环状中心点重合；
48.当望远镜收集到的自然光能满足检测需求时，将所有主被动一体化大气成分超光谱遥测仪均设为接收机，
49.当望远镜收集到的自然光不能满足检测需求时，接收机与发射机交叉设置，并根据测量需求进行切换。
50.与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
51.通过设置望远镜、主动光源和可旋转的平面反射镜的结构，根据所需测试的环境的光线的强度，调节平面反射镜的角度，在光线充足时，利用望远镜收集光线进行检测，在光线不足时，设置多台主被动一体化大气成分超光谱遥测仪，一部分用于发射光线、另一部分同于接收光线实现检测；即实现了24小时零间断的低噪声的观测，同时还可利用多台主被动一体化大气成分超光谱遥测仪构建多层观测网络，实现了大范围、高密度的观测。
附图说明
52.图1为本发明提供的主被动一体化大气成分超光谱遥测仪的整体结构示意图；
53.图2为本发明提供的发射机的工作状态图；
54.图3为本发明提供的自然光能满足检测需求时接收机的工作状态图；
55.图4为本发明提供的自然光不能满足检测需求时接收机的工作状态图；
56.图5为本发明提供的主被动一体化大气成分超光谱遥测仪的中间模式工作状态图；
57.图6为本发明提供的主被动一体化大气成分超光谱遥测仪的白天工作状态图；
58.图7为本发明提供的主被动一体化大气成分超光谱遥测仪的夜间工作状态图；
59.图8为本发明提供的主被动一体化大气成分超光谱遥测系统的多层环状测量网络白天工作状态图；
60.图9为本发明提供的主被动一体化大气成分超光谱遥测系统的多层环状测量网络夜间工作状态图。
具体实施方式
61.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
62.图1为本实施例提供的主被动一体化大气成分超光谱遥测仪的整体结构示意图，如图1所示，主被动一体化大气成分超光谱遥测仪，包括用于对光线的光信号进行处理的内机模块200，还包括用于接收或出射光的外机模块100，
63.所述外机模块100包括用于收集、传递光的望远镜130，用于调节望远镜130角度的角度调节装置，用于出射光的主动光源122，用于改变光的光路、可旋转的平面反射镜113，用于接收光、与内机模块200通过光纤300连接的光纤接收端111；
64.光纤接收端111和主动光源122分设于平面反射镜113相对的两侧；
65.经望远镜130收集并传递的光通过平面反射镜113反射后被光纤接收端111接收，并传输至内机模块200进行光信号处理；
66.主动光源122的出射光经平面反射镜113反射后通过望远镜130传递后向外射出。
67.内机模块200包括光谱仪201、电路主板mcu202和电脑203，光谱仪201用于接收经光纤300传输来的光信号，电路主板mcu202用于控制温度、实现转接电源、并对数据进行传输，电脑203用于接收信号、发送指令并对光谱进行后续的处理；
68.如图3、4所示，当主被动一体化大气成分超光谱遥测仪用于接收光时，通过角度调节装置调节望远镜130的角度进而调节望远镜130接收光的角度，同时调节平面反射镜113的反光面朝向光纤接收端111、且平面反射镜113的反光面与水平面成45
°
夹角，
69.如图3、6所示，白天晴朗的工作环境下，利用平镜组133收集自然光即可；
70.如图4、7所示，白天光照不足时(雾霾或阴天等情况)，或夜间与发射机配合使用时，利用观远透镜组131收集光；同时调节平面反射镜113的反光面朝向光纤接收端111；此时望远镜130接收的光经过平面反射镜113反射之后被光纤接收端111接收；
71.如图2所示，当主被动一体化大气成分超光谱遥测仪用于出射光时，通过角度调节装置调节望远镜130进而调节光的出射方向，同时调节平面反射镜113的反光面朝向主动光源122、且平面反射镜113的反光面与水平面成45
°
夹角打开主动光源122，调节平面反射镜113的反光面朝向主动光源122，主动光源122发射的光经平面反射镜113反射之后通过望远镜130后出射；
72.如图5所示，当利用主被动一体化大气成分超光谱遥测仪测量主动光源122的参考谱时，打开主动光源122，并调节平面反射镜113的反光面成水平状态，此时主动光源122的出射光经准直透镜123准直、聚焦透镜112聚焦后被光纤接收端111接收，内机模块200随即对该光信号进行分析得出参考谱。
73.所述望远镜130为双目望远镜，包括中空、且侧面设有出光口的望远镜主体135，所述望远镜主体135的两端分别设有平镜组133和观远透镜组131，所述望远镜主体135内部固
定有可旋转的用于改变光路的棱镜134；
74.经平镜组133或观远透镜组131传入的光经过棱镜134反射从出光口射出。
75.主被动一体化大气成分超光谱遥测仪作为接收机且环境光线充足时，利用角度调节装置调节望远镜130的方向，使光经过平镜组133射入即可；
76.主被动一体化大气成分超光谱遥测仪作为接收机且环境光线不充足时，由于观远透镜组131可以增大进光量，增加接收信号的强度，提高信噪比，因此可利用角度调节装置调节望远镜130的方向，利用观远透镜组131对环境光线进行收集；
77.主被动一体化大气成分超光谱遥测仪作为发射机时，此时通常处于环境光线不充足的环境下，进行检测需要同时设置接收机和发射机，由于观远透镜组131可以对系统内的出射光起到扩束的作用，让光以更大的直径发射出去，便于接收机寻找和方位校准，因此可根据具体的测试需求利用角度调节装置调节望远镜130的方向，使得主动光源122的出射光经过平镜组133或观远透镜组131射出。
78.所述棱镜134可选用直角棱镜，根据需反射的光的光路调节直角棱镜的反光面的位置。
79.所述望远镜130还包括摄像头132，所述摄像头132用于确定望远镜130收集、传递光的方向。
80.将主被动一体化大气成分超光谱遥测仪作为发射机，打开主动光源122，并调节棱镜134的角度，使主动光源122的出射光分别经平镜组133和观远透镜组131出射，出射光形成光斑，在多个距离处划定光斑在摄像头132视场内的大致范围，据此可以得出光斑大小在摄像头132视场内的范围随距离变化的函数关系，之后则可通过此函数关系来确定远距离处接收机的视场范围和发射机的光斑大小在摄像头132视场范围的大致方位和面积，进而利用摄像头132确定光的观测或发射方位。
81.所述角度调节装置包括用于驱动外机模块100旋转的方位角电机140、用于调节望远镜130与水平面之间夹角的仰角调节装置150；所述仰角调节装置150包括仰角电机151，所述仰角电机151通过传动装置与望远镜130活动连接，所述传动装置内设有供光穿过的通路；
82.望远镜130收集的光经过棱镜134反射且从出光口射出再经过通路传输至平面反射镜113，经平面反射镜113反射、聚焦透镜112聚焦后被光纤接收端111接收；
83.主动光源122的出射光经平面反射镜113反射后通过通路和出光口传输至棱镜134，经棱镜134反射后通过观远透镜组131或平镜组133射出。
84.所述传动装置采用齿轮传动机构，包括与仰角电机151的输出轴连接的第一齿轮152，所述第一齿轮152与第二齿轮153啮合，所述第二齿轮153通过传动轴154与望远镜130活动连接，所述传动轴154为空心轴，空心轴的内部中空部分即为光的通路；此种结构下可使仰角电机151输出轴在与望远镜130旋转轴线不重合的条件下，实现仰角的切换，保持光路的畅通。
85.此外，通过配置齿数比，还可以进一步减小仰角改变量的最小值从而提高仰角切换精度，一定的减速比使望远镜130的仰角切换动作更加稳定。除了齿轮传动以外，也可以采用带传动等其他传动方式，此处不再赘述。
86.还包括用于收束光线的收束透镜组114、用于聚焦光线的聚焦透镜112；
87.望远镜130收集的光经过通路传输后被收束透镜组114收束后照射于平面反射镜113，光经平面反射镜113反射、再通过聚焦透镜112后被光纤接收端111接收；
88.主动光源122的出射光经过平面反射镜113反射后再由收束透镜组114收束后，再经通路传输至棱镜134。
89.所述收束透镜组114将平行光束的直径缩小，从而减小对传动轴154和传动机构的尺寸需求，间接减小了遥测仪的尺寸和重量；因此如若主动光源122选用能出射直径较小的平行光时，则无需设置收束透镜组114；所述收束透镜组114可采用双凸透镜的透镜组或单凸、单凹透镜组。
90.所述聚焦透镜112用于汇聚白天的大气散射光、夜间的人工光源光。
91.还包括光室120，所述主动光源122设于光室120内，所述光室120还设有用于对主动光源122散热的散热部件121、准直透镜123；
92.主动光源122的出射光经过准直透镜123准直后射出到平面反射镜113。
93.所述主动光源122可选用人工光源中的任意一种，如led、不同波段的led组合、氘灯、氙灯；根据所需检测的目标气体的特征吸收波段，选择对应波段的人工光源即可。
94.主动光源122工作时会产生大量的热量，造成自身和所在电路板升温，温度的剧烈上升不仅影响电路的正常工作性能、缩减主动光源122的工作寿命，还会造成波形的变动偏移，从而对最终的测量准确性产生影响。因此，需设置散热部件121用于帮助主动光源122快速散热，使主动光源122的温度保持在一个恒定水平，保护电路和主动光源122的工作性能，稳定出射光的波形，从而保证测量结果的准确性。所选散热方式为风冷散热，部件可以细分为珀耳帖、散热片和风扇，也可以选择水冷等其他散热方式。
95.此外，所述光室120的各部件均采用可拆卸连接的方式。
96.一种主被动一体化大气成分超光谱遥测系统，包括：
97.当望远镜130收集到的自然光能满足检测需求时，所述遥测系统包括至少1个如上任一项所述的主被动一体化大气成分超光谱遥测仪，并将主被动一体化大气成分超光谱遥测仪作为接收机；
98.所述接收机设置步骤包括，利用角度调节装置调节望远镜130的角度，使望远镜130的角度与需收集的光线的角度适配，同时调节平面反射镜113使其反光面朝向光纤接收端111、望远镜130收集并传递的光通过平面反射镜113反射后被光纤接收端111接收，并传输至内机模块200进行光信号处理；
99.当望远镜130收集到的自然光不能满足检测需求时，所述遥测系统包括至少2个如上任一项所述的主被动一体化大气成分超光谱遥测仪，其中，将至少一台超光谱遥测仪作为接收机，将至少一台超光谱遥测仪作为发射机；
100.所述发射机设置步骤包括，调节平面反射镜113的反光面的位置、并利用角度调节装置调节望远镜130的角度，打开主动光源122，利用平面反射镜113的反光面改变主动光源122发射出的光的光路，主动光源122的出射光经平面反射镜113反射后通过望远镜130传递后向外射出；
101.接收机接收发射机发射出的光后利用内机模块200进行检测分析。
102.将若干主被动一体化大气成分超光谱遥测仪设置为多层环状的测量网络，且多层环状中心点重合；
103.当望远镜130收集到的自然光能满足检测需求时，将所有主被动一体化大气成分超光谱遥测仪均设为接收机，
104.当望远镜130收集到的自然光不能满足检测需求时，接收机与发射机交叉设置，并根据测量需求进行切换。
105.具体工作时，环境光线充足时(晴朗的白天)，所有主被动一体化大气成分超光谱遥测仪均为接收机状态，利用角度调节装置将望远镜130切换到平镜组133的观测方向，同时调节直角棱镜的反光面朝向平镜组133，此时光从平镜组133的一端进入望远镜130，光进入望远镜130后经过直角棱镜的反射后经过通路照射到平面反射镜113上，经平面反射镜113反射之后被光纤接收端111接收，内机模块200随即对光进行检测分析；同时通过调节望远镜130的不同的仰角角度，实现对不同仰角处的太阳散射光的收集。且此种工作状态下，主动光源122不工作，能够有效减少主动光源122的工作时间，延长主动光源122的使用寿命。
106.光照条件不足(雾霾天、阴天)的情况下，接收机的光束接收端可以从平镜组133切换到观远透镜组131增大进光量。
107.如果光照严重不足(夜间)，则需要主动光源122进行辅助，每次光谱的采集工作至少分别需要一台发射机、一台接收机。发射机的双目望远镜选择观远透镜组131出光，扩大光束的直径，便于跟踪找寻。当发射机和接收机的双目望远镜都处于水平状态时，接收机接收的是主动光源122的直射光，此时只能探测近地面的污染物浓度。当发射机通过仰角电机151将双目望远镜切换到一个合适的仰角位置，接收机按照一定的仰角顺序对发射光束的进行扫描，可以获取这条路径上不同高度处污染物的浓度情况。此外，发射机每隔一段时间需要切换到中间模式，即平面反射镜113反光面与光室120出光、光纤接收端111收光方向平行，此时光室120出射的平行光束经过聚焦透镜112直接汇聚到光纤接收端111，测得光的参考谱。该系统的夜间工作模式可以在夜间或其余太阳光照不足的情况下，实现近地面和不同高度处气体组分信息的获取，进而获得对流层各种大气组分的垂直廓线和垂直柱浓度信息。
108.利用多层观测网络进行观测时，可以对特定地区进行全天候、大范围的多层网络观测，实现观测效益的最大化，具体执行方案如下：
109.如图8、9所示，以一台主被动一体化大气成分超光谱遥测仪为中心，周围按照特定方位角和距离设置多台遥测仪。之后分别以周围多台遥测仪的每台遥测仪为中心，在四周布置遥测仪，并依此规律向外扩散，最终形成了多层结构的观测网络。
110.将该网络中心处命名为c1，以此向外2、3、4层依次命名为c2、c3、c4，依次类推，且发射机标为1，接收机标为0。
111.白天且光照充足时，每台遥测仪独立工作，测得所在点的垂直廓线和垂直柱浓度情况；
112.夜晚或光照不足时，c1的遥测仪作为发射机，c2的遥测仪为接收机，c1、c2层协同工作。与此同时，c3、c4层，c5、c6层也各成一组，即c2n-1和c2n互为一组(n＝1,2,3
……
)，c2n-1为发射机，c2n层为接收机，相邻两层互相搭配、协同进行夜间模式的观测。经过设定的时间周期后，c2n-1(奇数层)切换回接收模式，c2n(偶数层)工作于发射模式。此时c2、c3层，c4、c5层组成一组，即c2n层和c2n 1层互为一组(n＝1,2,3
……
)，c2n层为发射机，c2n 1
层为接收机。中心的发射机在方位角电机140的驱动下，依次对周围的遥测仪轮流进行多仰角的扫描，从而获得多个方位的气体组分垂直分布情况。针对夜间的使用场景，该方式不仅可以实现大范围、多仰角的观测，而且在一定的时间周期内能够同时获得遥测仪网络覆盖处多个区域的气体组分信息。