[發(fā)明專利]一種野外超光譜輻照度儀的現(xiàn)場光譜定標(biāo)和輻射定標(biāo)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810033757.9
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN108362374B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟文超;李新;鄭小兵;張艷娜;劉恩超;張權(quán);潘琰;閆靜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01J1/04
• 分類號(hào): G01J1/04;G01J1/42
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙) 34115
• 代理人: 金凱

本發(fā)明公開了一種野外超光譜輻照度儀的現(xiàn)場光譜定標(biāo)和輻射定標(biāo)方法，該方法利用溯源于計(jì)量實(shí)驗(yàn)室反射率基準(zhǔn)的波長標(biāo)準(zhǔn)板作為現(xiàn)場波長傳遞標(biāo)準(zhǔn)具，采用溯源于計(jì)量實(shí)驗(yàn)室反射率校準(zhǔn)裝置的參考板和溯源于計(jì)量實(shí)驗(yàn)室輻射基準(zhǔn)的便攜式光譜輻射計(jì)作為現(xiàn)場輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)具。在晴朗天氣條件下，在設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場以太陽直射光作為照明光源，通過實(shí)測太陽直射光譜輻照度的比較，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的現(xiàn)場光譜定標(biāo)和輻射定標(biāo)。本發(fā)明為野外自動(dòng)化運(yùn)行的高/超光譜類設(shè)備的現(xiàn)場定標(biāo)提供了一種實(shí)用的技術(shù)手段，在氣象領(lǐng)域、衛(wèi)星遙感器在軌輻射定標(biāo)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光輻射測量、衛(wèi)星遙感器定標(biāo)和氣象技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種野外超光譜輻照度儀的現(xiàn)場光譜定標(biāo)和輻射定標(biāo)方法。

背景技術(shù)

野外超光譜輻照度儀是用于全局光譜輻照度、天空漫射光譜輻照度、太陽直射光譜輻照度測量的專業(yè)設(shè)備，所測得的上述輻照度信息在光輻射測量、氣象領(lǐng)域中均具有重要應(yīng)用。

在衛(wèi)星遙感器在軌定標(biāo)中，需要在衛(wèi)星過頂時(shí)刻在外場(一般選擇專用的輻射校正場)進(jìn)行地表反射率、地表接收輻照度或地表輻亮度的現(xiàn)場測量，通過大氣輻射傳輸模型，反演到衛(wèi)星入瞳輻亮度，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星遙感器的在軌替代定標(biāo)。目前衛(wèi)星遙感器在軌替代定標(biāo)采用的方法主要是反射率基法、輻照度基法和輻亮度基法。輻亮度基法精度最高，但其對定標(biāo)場地要求嚴(yán)格，一般需要在高海拔、地表均勻、大氣清潔、天氣狀態(tài)穩(wěn)定的地區(qū)實(shí)施，并且通常需要采用機(jī)載載荷飛行試驗(yàn)的方式進(jìn)行，實(shí)施難度較大。反射率基法和輻照度基法方法成熟，實(shí)施方便，目前在國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛。其中，輻照度基法主要應(yīng)用在太陽反射波段，降低了反射率基法中對氣溶膠分布模型假設(shè)的依賴，定標(biāo)精度高于反射率基法。在輻照度基法算法模型中，需要測量天空漫射光譜輻照度和全局光譜輻照度的比值(漫總比)、不同波長大氣光學(xué)厚度等信息，野外超光譜輻照度儀是業(yè)界針對這項(xiàng)應(yīng)用需求所提出的專用設(shè)備。

野外超光譜輻照度儀是一種光譜輻照度測量設(shè)備，通過太陽跟蹤和擋光機(jī)構(gòu)并利用內(nèi)部的光譜儀單元，可以實(shí)現(xiàn)天空漫射光譜輻照度、全局光譜輻照度的測量，兩者之比得到光譜漫總比信息，兩者之差得到太陽直射光譜輻照度信息。利用太陽直射光譜輻照度信息，可以反演各個(gè)波長上的大氣光學(xué)厚度。鑒于其功能的多樣性和數(shù)據(jù)產(chǎn)品重要應(yīng)用價(jià)值，野外超光譜輻照度儀已經(jīng)成為衛(wèi)星遙感器外場替代定標(biāo)中的核心設(shè)備之一。

目前，野外無人值守的自動(dòng)化定標(biāo)技術(shù)逐漸成為業(yè)界研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢，例如中國遙感衛(wèi)星輻射校正場(敦煌)已經(jīng)入駐一批包括野外超光譜輻照度儀在內(nèi)的自動(dòng)化觀測設(shè)備。這些自動(dòng)自動(dòng)化設(shè)備長期自動(dòng)化運(yùn)行過程中，受外場季節(jié)變化引起的大范圍溫度變化(例如敦煌地區(qū)全年溫度范圍可達(dá)-20℃～40℃)、儀器震動(dòng)和野外惡劣環(huán)境的長期侵蝕等因素影響，設(shè)備自身的響應(yīng)度衰變和光譜漂移不可避免，野外超光譜輻照度儀必須定期進(jìn)行光譜和輻射定標(biāo)才能確保其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果將設(shè)備運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室重新定標(biāo)，路途遙遠(yuǎn)、時(shí)間周期長，所投入的人力、物力等成本也不容忽視。此外，即便是在實(shí)驗(yàn)室重新定標(biāo)，儀器返回實(shí)驗(yàn)場地過程中也很避免路途顛簸等因素再次引起設(shè)備變化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種野外超光譜輻照度儀的現(xiàn)場光譜定標(biāo)和輻射定標(biāo)方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種野外超光譜輻照度儀的現(xiàn)場光譜定標(biāo)和輻射定標(biāo)方法，首先將現(xiàn)場波長傳遞標(biāo)準(zhǔn)具安裝在野外超光譜輻照度儀的遮光運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，代替其原裝太陽直射遮光板，利用太陽直射光作為照明光源，結(jié)合野外超光譜輻照度儀的現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果，校準(zhǔn)野外超光譜輻照度儀的光譜儀模塊的波長，實(shí)現(xiàn)野外超光譜輻照度儀的現(xiàn)場光譜定標(biāo)；利用現(xiàn)場輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)具得到太陽直射光譜輻照度的參考量值，利用野外超光譜輻照度的實(shí)測結(jié)果得到其光譜輻照度響應(yīng)度定標(biāo)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)野外超光譜輻照度儀的現(xiàn)場輻射定標(biāo)。

所述的現(xiàn)場波長傳遞標(biāo)準(zhǔn)具包括有波長標(biāo)準(zhǔn)板、固定金屬框、壓圈和金屬蓋板，將波長標(biāo)準(zhǔn)板放入固定金屬框內(nèi)，并通過壓圈壓緊固定，所述的金屬蓋板可拆卸的安裝在固定金屬框內(nèi)，并覆蓋住波長標(biāo)準(zhǔn)板。