天空光辐射亮度测量系统定标及数据分析

随着辐射测量技术的不断发展,测量设备的精度越来越被关注,而对设备准确定标是提高测量设备精度的重要保证.详细介绍了利用标准光谱辐射计实现天空光辐射亮度测量系统的实验室绝对辐射定标方法和利用汞灯实现天空光辐射亮度测量系统的波长定标方法,并采用前述方法对TKFS01型天空光辐射亮度测量系统进行了定标,给出了定标的不确定度.通...     

戈壁地区天空背景光谱研究

利用天空背景测量设备测量了西北戈壁地区的天空背景光谱亮度,对该地区典型时刻的背景光谱分布进行了研究;针对相应背景光谱下的滤波技术对光电系统探测能力的提高进行了仿真研究.研究结果表明：该地区的背景光谱分布相对于理论分布来说,600～900 nm光谱波段背景亮度所占的比重较大,且随着方位角、天顶角的改变光谱分布变化不大;在天空背景为10 W.m-2Sr-1条件下,在该地区采用600～900 nm滤波方式光电系统的探测能力只得到约0.1等星提高.     

基于空间光调制器的光谱可调光源定标

基于空间光调制器的光谱可调光源是一种新型的定标光源,旨在实现定标光源与观测场景光谱匹配的定标新模式,进一步提高光谱定标和辐射定标精度。针对空间光调制器非光敏的特点以及这种新型光源特殊的工作模式,采用“激光光源+光谱仪”进行了光谱预定标和光谱精细定标,采用“标准灯-参考板+光谱仪”进行了辐射定标,实现了对该光源系统470~945 nm范围的光谱及辐射定标。不确定度分析结果表明,波长定标的不确定度优于0.2 nm,辐射定标的不确定度优于3.1%（k=1）。     

一种高光谱相机绝对辐射定标方法

随着高光谱相机在特定区域特定波段背景辐射精确测量方面的应用,对高光谱相机辐射定标的精度、分辨率的要求也不断提高。本文通过测量滤波片透过率及积分球出射DN值得到各波段透过的能量占总透过能量的百分比,并结合实际测得的各波段辐亮度,建立其与相机探测器输出的各波段DN值的关系,达到辐射定标的目的。将提高高光谱相机定标分辨率转换为提高测量滤波片透过率的波长分辨率,简化了研究过程。通过定标结果可知,波长在较小范围内变化时,高光谱相机对其增益系数也会发生变化。     

微型光谱仪辐射定标技术研究

光谱仪器是进行分析和测量的基本设备,应用非常广泛。由于传统光谱仪的诸多缺点,微型光谱仪成为光谱仪器发展的一个重要的研究方向。作为微型光谱仪主要探测元件的线阵CCD具有实时传输和自扫描速度快、频率响应高、能够实现动态测量且能在低照度下工作等特点,其输出信号为像素点和灰度(DN)值,此输出信号与光谱波长和辐射通量之间的对应关系为定标的主要内容。本文主要研究在假定光谱定标已经完成的情况下,输出DN值与辐射通量之间的定量关系。本文基于拉格朗日插值算法,在Visual studio平台上利用C#语言编写了辐射定标算法小程序,利用在中国计量院定标过后的钨灯完成了微型光谱仪的辐射定标,消除了因传感器本身产生的误差,并利用未标定的钨灯验证了该定标方法的可行性,且成功应用于微型光谱仪的应用中。     

车载红外告警系统空间背景虚警源辐射特性分析

针对车载红外告警系统虚警率高的问题,研究了车载环境下典型红外告警系统的辐射环境。重点分析了空间背景辐射环境的特点,对各种空间背景辐射源在典型红外告警波段的辐射特性进行了数值计算。结果表明:车载红外告警系统的主要空间背景辐射源为太阳和天空。在3～5μm的光谱区域里,太阳辐射产生的背景干扰起主要作用,需要避免直视太阳并使太阳高度角小于29.6°。而在8～12μm的波长区域里,天空成为主要的背景辐射,需要通过选取合适的背景抑制算法进行克服。     

天空背景红外辐射亮度测量及其对目标探测的影响分析

天空背景的红外辐射特征对目标侦察探测具有重要意义。利用3μm~5μm中波、8μm~12μm长波红外测量设备对天空背景红外辐射亮度进行了测量,长波波段辐射亮度在3.7~13.6 W?m-2?sr-1,中波波段辐射亮度在0.05~0.48 W?m-2?sr-1,相同条件长波辐射亮度高于中波辐射亮度1~2个数量级;随着观测角增大,天空背景辐射亮度显著降低,同时太阳辐射、大气温度等因素也对天空背景辐射有较大的影响。利用测量结果仿真分析了天空背景辐射对目标侦察探测距离的影响,结果表明当观测角由9.6°降低到1.9°时,红外搜索跟踪系统探测距离会减少41.5%~46.2%。     

全天空背景亮度测量仪的研制

天空亮度分布是指大气层内散射光亮度的空间分布,对空间目标识别以及大气辐射传输等理论研究有重要的应用价值。研制了一台全天空背景亮度测量仪,将32个光电探测器均匀分布在球形支架表面,可实现对天空各个方位背景辐射亮度的瞬时测量。先介绍了仪器的工作原理、结构组成和研制方案。再利用绝对定标方法对仪器进行辐亮度定标。通过进行实地测量并将实测数据与MODTRAN5理论计算结果对比分析。结果表明:仪器工作性能稳定,在所测光功率范围内线性度良好,得到各个方位的天空亮度值与真实天空亮度分布的变化相符。该仪器具有较高实时性,测量数据可靠,可以满足科研与实际应用需求。     

西北地区天空背景测量与分析

利用天空背景测量设备测量了西北地区的天空背景亮度,给出了该地区典型时刻的全天空背景亮度等值线分布,并进行了对应的背景光谱亮度比重分析;基于MODTRAN软件进行了对应时刻的天空背景亮度模拟计算,进行了比对分析。分析结果表明:西北地区的背景光谱分布相对于理论分布来说变化较缓,白天对空间目标观测采用窄带滤波能有效提高光电系统的探测能力;MODTRAN软件模拟计算的天空背景亮度在偏离太阳方向与该地区实测数据基本吻合,随着天顶角的减小误差也在减小,但在靠近太阳位置存在一定差距。     

新型宽波段单色输出绝对光谱辐照源

随着光学遥感技术的发展,光谱辐射定标受到越来越多的关注。积分球渐渐成为紫外和可见波段辐射定标的主要工具,然而积分球存在无法输出单色光、稳定性不够持久等问题。为解决上述问题,提出一种基于双Féry棱镜色散相减结构的光谱辐照源的设计方法。该新型光谱辐照源的光谱范围为240~2400nm;光谱带宽在350、600、1000nm处分别小于3、9、29nm。经过光学设计软件Zemax设计和仿真,新型光谱辐照源的均匀度在Ф50mm范围内小于1.9%,在Ф30mm范围内小于1.4%,并且其系统偏振度小于0.7%。该辐照源可以用来测量探测器和光谱遥感仪器的光谱响应和几何定标。辐照源与起偏器连用可以测量仪器的偏振响应,具有广泛的实用。     

地基天空背景辐射测量技术及其应用研究现状与展望

天空背景辐射是指大气粒子对太阳光的吸收和散射形成的大气层内散射光亮度的空间分布,在科学研究及工程应用方面发挥重要作用。简要介绍了几种地基天空背景辐射测量仪器,并从大气气溶胶粒子光学特性反演,大气柱中水汽、臭氧、NO2等气体含量反演,及云的分布判别几个方面阐述了地基天空背景光谱辐射分布在大气光学方面的应用,为后续的研究提供参考。最后,提出几点根据全天空背景光谱辐射进行环境感知及天气识别等方面的研究目标。     

基于FTIR的目标背景辐射测量方法研究

介绍了用FTIR光谱仪进行目标背景辐射测量的方法,通过黑体对系统的光谱响应进行标定,得出系统的仪器响应函数IRF。分析背景辐射和大气的衰减作用对目标红外辐射的影响。应用MODTRAN大气辐射传输软件计算大气辐射等相关参数,给出了大气透过率谱以及测量得到的大气背景辐射谱。     

红外望远镜站址大气传输和环境背景特性的测量分析研究

大口径的地基红外望远镜必须安装在具有良好大气条件的观测台站才能充分发挥其性能,天空背景辐射和大气传输特性是地基红外望远镜站址选择所需考虑的重要内容。采用消光-小角度散射法在西藏羊八井实测了太阳直接红外辐射和大气背景红外辐射,并根据备选站点的大气参数,采用CART软件计算了当地8~14 m波段整层垂直大气的光谱透过率、太阳直接光谱辐射和地面大气垂直向下的背景光谱辐射,以及相关量的波段积分值,这些结果有助于地基红外太阳望远镜的站址选择。     

Aerosol optical characteristics from a summer campaign in an urbancoastal Mediterranean area

The authors present a preliminary study of some optical properties of atmospheric aerosols over the area of Valencia, Spain, a coastal Mediterranean city. Measurements of spectral direct irradiance in the 300-1100 nm range were taken simultaneously at three sites: rural-continental, rural-coastal, and urban-coastal, all located within a 50 km radius of the city of Valencia. The irradiance measurements were obtained using three Li-cor 1800 spectroradiometers provided with radiance limiting tubes with field of views (FOVs) of 4.7°. The measurements were made under clear sky conditions during a field campaign carried out in the summer of 1998. In order to avoid the uncertainties associated with the determination of the water vapor content and the other atmospheric constituents, the analysis of the spectral aerosol optical thickness (AOT) values was limited to the 400-670 mm spectral band. From the values of the spectral AOT, both the Angstrom coefficients and the aerosol size distributions were obtained. The results show the great dependence of the optical aerosol characteristic on the direction of the prevailing winds (maritime or continental) in this area     

基于EMCCD相机的全天时大气相干长度测量系统

根据差分像运动原理研制出一款以EMCCD相机为探测器的全天时大气相干长度观星测量系统。经过对天空背景光光谱分布与EMCCD光谱响应特性的分析,选择中心波长为700 nm的光谱滤光片,可有效地抑制背景光入射。介绍了系统主要噪声组成,通过计算得到了系统白天极限探测星等约为7.35。在野外开展了以小熊星座所属多颗不同星等恒星为目标的日间观星实验,结果表明测量系统对星等为3恒星具有较好的日间探测能力。通过全天24 h对大气相干长度的连续测量,得到了长春地区整层大气湍流强度变化特征曲线。     

国内典型天文台站大气红外背景辐射实测分析

大气背景辐射强弱决定了红外望远镜系统极限灵敏度,直接影响系统设计,背景辐射也是反映天文台站观测性能优劣与否的一项重要指标。实测了国内的阿里天文台、德令哈观测站、怀柔观测站等几个典型天文台站大气红外背景辐射,尤其是获得了阿里天文台大气红外背景辐射的一手资料。实测结果表明:阿里天文台大气红外背景辐射的强弱以及辐亮度均值的昼夜变化在几个台站中均最小,其最大辐亮度均值为1.3010-6 Wcm-2sr-1,辐亮度均值的最大昼夜变化仅为18%,其红外背景辐射限最优;其次是德令哈观测站。将扫天实测辐亮度与MODTRAN模拟辐亮度进行对比,发现对于国内如阿里等青藏高原高海拔地区无论是标准大气模式还是实际大气模式其模拟结果与实测间皆存在较大差异。     

夜间天空背景及云层红外辐射测量分析

采用中波、长波红外热像仪对夜间无云天空背景及云层背景红外辐射亮度进行了测量。无云天空背景中波波段辐射亮度在0.58~1.30 W·m-2·sr-1,长波波段辐射亮度在6.61~15.29 W·m-2·sr-1。由于夜间条件下无太阳辐射影响,相同俯仰观测角条件下,0°~360°各个方向天空背景辐射亮度基本一致。从无云区到有云区,随着云层厚度的增加,其辐射亮度逐渐增大。相对于无云背景,中波波段云层中心辐射亮度增加了1.5%,长波波段云层中心辐射亮度增加了14.2%,长波波段云层对天空背景辐射影响更加显著。     

海天背景红外成像仿真系统

设计了海天背景红外成像仿真系统:利用大气传输软件Modtran计算天空背景和太阳的红外辐射;基于JONSWAP海谱模型构建二维海面;基于热辐射理论和粗糙面散射理论分别计算海面和目标的红外辐射及对背景辐射的散射;最终可获得海天背景红外仿真图像.对于海天背景辐射特性和目标识别算法研究具有重要实际意义.     

地基大气背景红外光谱辐射特性测量

用傅里叶变换红外光谱辐射计(FTIR)在地面测量了较高分辨率(1 cm-1)下的大气向下背景光谱辐射,获得了长波红外5~14μm波段的大气背景辐射光谱。研究了大气背景红外光谱辐射与整层大气透过率的关系。从实验数据中研究了不同波段大气背景辐射随观测天顶角的变化。结果表明:地基大气向下的长波背景辐射亮温随着整层大气透过率的增大而减小;大气背景辐射随观测天顶角增大而增大;在大气窗口区,大气背景辐射随观测天顶角变化较快,在强吸收波段,大气背景辐射随观测天顶角几乎不变化。