短波红外波段上辐射定标方法与整层大气透过率的测量研究

利用傅里叶红外光谱仪开展了短波红外波段上辐射定标方法和连续整层大气透过率的测量研究。由于在短波红外波段(0.9~2.2μm)上存在多个强吸收波段,导致常用的Langley法存在较大误差,且改进的Langley法对于强吸收波段的定标处理也无法得到较好的结果。为满足短波红外全波段上整层大气透过率的高精度测量要求,提出了一种改进的大气透过率计算方法,先利用Langley定标法得到非吸收波段的仪器定标值和响应函数K再结合仪器定标值与大气顶层太阳辐照度的关系确定仪器定标值,得到短波红外全波段上整层大气透过率。利用该方法得到的0.9~2.2μm波段上整层连续大气透过率的结果,与中等分辨率大气辐射传输计算模型软件CART计算结果对比,相对误差最大为6.3%,平均误差小于2.5%。

飞机红外辐射及大气透过率计算方法

研究了飞机目标的红外辐射特性,以及红外辐射在大气中的辐射衰减特性.根据现有的理论基础以及飞机自身结构特性,将飞机的红外辐射源分为蒙皮、尾喷口和羽流3部分,并提出了3个辐射源在不同波段、不同角度下的红外辐射特性计算方法.根据红外辐射的大气传输特性,采用了不同波长、不同弹目距离下的大气透过率简易计算方法,并将其与Lowtran7进行比较.计算了飞机在不同波段下,经大气衰减后,最终到达红外探测器的辐射强度.

中波红外整层大气透过率测量及误差分析

为实现中波红外整层大气透过率的现场测量,提高空间目标红外辐射特性测量精度,研究了基于标准红外自然星的大气透过率测量方法。建立了基于Beer定律和Langley-Plot定标原理的测量实验数学模型,搭建了基于1.2m口径地基光电望远镜的测量实验系统。采用了"准实时单点校正""窗口提取"和"信噪比特性曲线"等方法有效降低了红外探测器非均匀性和自然星弥散成像等问题给测量精度带来的影响。最后,分析了测量实验的理论误差。实验数据显示:空间目标大气层外红外辐射照度测量的最大实际误差为16.28%,中波红外整层大气透过率测量的理论误差为11.75%。结果表明:基于标准红外自然星的大气透过率测量方法测量误差小,实验系统对外场观测任务适应性强,为空间目标红外辐射特性的地基测量提供了新的解决方案。

红外大气透过率的计算模式

建立了一套具有自主知识产权的红外大气透过率模式(IATM),光谱分辨率为1 cm-1,可较快速地计算空间任意两点的红外大气光谱透过率。大气分子吸收计算是采用基于精确的LBLRTM逐线积分算法而提出的一种非线性拟合算法,结合了最新的HITRAN2004数据库中的分子吸收线参数,除了保留MODTRAN中的几种气溶胶衰减的计算模式外,还增加了一种根据实测尺度谱分布和气溶胶消光高度分布的计算模式,并嵌入了我国典型地区的逐月平均的大气模式。文中对软件作了详细介绍,并验证了计算精度、速度和可靠性。该软件的研制有利于提高我国区域内应用场景红外大气透过率计算的精度,对于红外系统的设计和性能评估也具有参考价值。

基于大气透过率比例校正的目标辐射测量

大气透过率是影响目标辐射测量精度的重要因素,而常规通过MODTRAN等模式计算软件,由大气参数计算大气透过率的误差一般在15%以上,极大地限制了目标辐射测量精度。为此,本文提出利用某一距离的实测大气透过率和模式计算大气透过率之比得到大气透过率校正系数来对其它距离的模式计算大气透过率进行比例校正。实验显示,校正后大气透过率的精度优于8.1%,大大提高了目标辐射测量精度。利用中波红外相机和面源黑体开展了目标辐射特性测量实验,结果表明,采用MODTRAN计算大气透过率的辐射测量方法得到的目标辐射反演精度约为20%,而采用本文方法对大气透过率校正后可将反演精度提高到10%以内。

CART软件计算的红外大气透过率和实测值比较

初步完成了一套通用大气辐射传输软件的研制,它是一套基于我国大气模式的采用独特算法的大气辐射传输软件,可用来较快速地计算大气光谱透过率、大气热辐射、大气散射辐射和太阳直接辐照度,光谱分辨率为1cm-1。利用中近红外傅里叶光谱辐射计FTIR测得的水平红外大气透过率来验证CART软件计算水平路径上红外大气透过率的精度。比较结果表明:CART软件计算的水平大气透过率和实测值的误差最大小于0.1,均方根大约为0.04。这可以说明CART软件计算水平红外大气透过率是可靠的。

海空背景长波红外大气透过率的仿真计算方法

红外长波波段海空背景大气透过率的仿真计算在原有理论计算的基础上 ,修正了海背景中大气饱和水汽压的计算 ,推出了沉积水量的表达式 ,考虑了不同高度分子吸收问题 ,分别拟合出了在海平面水平路程上由波长和沉积水层厚度决定的水汽光谱透过率函数以及由波长和路程长决定的二氧化碳光谱透过率函数 ,分析了臭氧的影响 ,给出了大气透过率的表达式。

一种计算红外辐射大气透过率的数学模型

从分析红外辐射在大气中传播的影响因素出发,分别给出大气吸收、大气散射和气象衰减的衰减系数,并计算出倾斜路程的海平面水平等效路程,最后给出一种计算红外大气透过率的数学模型。

红外热像仪外场测温的大气透过率二次标定

为了实现测温红外热像仪的外场精确测温,研究了大气透过率的二次标定。建立了红外热像仪的外场远距离测温标定模型,采用一个标准面源黑体和红外热像仪对大气透过率进行了二次标定。首先,用标准面源黑体的设置温度标定大气透过率的二次修正系数;然后,在已知目标感兴趣区域发射率的情况下,用二次修正系数对未知辐射源测量值进行修正,实现未知辐射源目标辐射温度的准确测量。实验显示,随黑体设置温度从50℃不断升高(二次大气透过率近似为1),大气二次透过率修正系数在50～100℃内迅速下降,在100～200℃内下降趋势减缓,逐渐接近于约为0.7的常数。实验结果为测温红外热像仪外场精确测温提供了保证。

利用恒星测量整层大气透过率

介绍了利用恒星测量整层大气透过率的原理和Langley-plot定标方法。研制了整层大气透过率测量系统，系统由望远镜、增强CCD、图像采集卡等组成。利用透过率测量系统测量任意天区1～6等恒星在350～750nm内分波段弱辐射，对仪器进行定标后计算出夜间整层大气光谱透过率。测量结果与MODT—RAN模拟计算结果了比较，证明该大气透过率仪设计是合理的。

大气透过率的多点移动测量

考虑大气透射仪的光源不稳定性以及光学准直及大气环境的动态变化均会对其测量精度产生影响,本文在高精度导轨上设计了多点移动大气透过率测量系统,以便提高其大气透过率及消光系数的测量精度。该系统采用可移动测试平台,运用多点移动测量的方式测量大气透过率及消光系数。基于理论比较了多点移动大气透过率测量方法与传统大气透射仪测量方法的测量精度,证明了该系统的测量精度高于传统大气透射仪。将该系统与经过良好校正的Skopograph II型大气透射仪在大气环境模拟舱进行了较长时间的对比验证。结果表明,两套系统具有很好的相关性,91.93%的数据对偏差在10%以内,相关系数达0.985 7。在低能见度条件下,多点移动大气透过率测量系统的测量稳定性优于传统大气透射仪。得到的结果显示:该系统能够满足大气透过率和消光系数测量对准确性、稳定性和一致性的要求。

近红外氧气A带大气透过率的计算

氧气A带具有单一的吸收气体成分和独特的谱线结构,大气中分布相对均匀,在大气辐射研究中具有广阔的应用前景。大气透过率是大气辐射传输计算的核心,为了快速计算大气透过率,提出带平均透过率的数学模型。将近红外氧气A吸收带作为研究对象,以普朗克黑体辐射为基础,分析了氧气A带在762 nm附近波段的光谱吸收理论,介绍了带平均透过率数学模型的原理及方法。为了验证模型的可行性和精确度,结合实验数据,与HITRAN2004数据库逐线积分法计算的透过率进行对比,精度达到2.2%,降低了计算时间。

高光谱分辨率激光雷达探测大气透过率

研制了一台基于种子注入激光器和碘分子吸收滤光器的高光谱分辨率激光雷达。介绍了该系统的基本原理、数据反演方法和系统结构。分别在有云天气和沙尘天气时进行了高光谱分辨率激光雷达探测大气透过率的实验,并与用常规Fernald方法反演的结果进行对比。观测结果显示,不同种类的气溶胶粒子以及云具有不同的物理和光学性质,Fernald方法中假设的激光雷达比往往不符合实际情况,因此会产生较大的测量误差。而高光谱分辨率激光雷达可以利用分子散射和气溶胶散射的谱宽不同,将两种信号分离探测,避免了假设激光雷达比,从而实现大气透过率的高精度定量探测。

热红外遥感中大气透过率的研究(一):大气透过率模式的构建

大气透过率是热红外遥感中的一个重要参数。通过辐射传输模型MODTRAN模拟热红外波段的大气透过率,构建了基于大气模型、气溶胶模型、水汽量、能见度和观测天顶角等5个因素的大气透过率查找表,分析了不同参数对热红外大气透过率光谱曲线的影响,通过方差分析确定了影响大气透过率的关键因子,针对不同类型的气溶胶模型,构建了基于水汽量、能见度和观测天顶角的常用卫星传感器热红外通道的大气透过率经验模式,解决了卫星热红外遥感中大气透过率精确计算的问题。

红外窗区大气透过率的测量

文章主要介绍了红外窗区太阳光谱测量的实验装置,观测方法和数据处理方法。处理了2390—3470cm^(-1)和750—1300cm^(-1)区域内的太阳光谱资料,得到了它们的大气透过率数据,并对处理结果进行了初步分析。我们认为这些大气透过率对气象卫星遥感仪器红外窗区通道选择和卫星气象资料反演等都是有用的。

沿海地区大气透过率的特征分析

利用 LOWTRAN 7大气辐射计算模式 ,对 2个红外通道分别选取不同的模式大气进行计算 ,得到了各种模式大气的大气透过率。利用沿海地区的历史资料初步分析了沿海区域模式大气 ,计算了沿海地区的大气透过率 ,并讨论了整体、细致边界层方案的模式计算值 ,得出一些有意义的结论。

空中目标红外辐射多波长大气透过率实时反演算法

针对空中目标红外辐射大气传输衰减的主导因素,通过Mie散射理论分析和计算得到了不同波长红外大气透过率之间的相关性关系。采用自主研发的激光遥感大气透过率测量仪并利用激光大气透过率多点断层测量技术,实测了1 060 nm波长激光的大气透过率,同步实时反演计算了临近波长红外辐射的大气透过率。实验数据验证了该方法可用于建立红外观测低空修正系统,实时计算获取大气对空间目标红外辐射的衰减特性。

红外整层大气透过率测量方法研究

提出了基于大气辐射传输方程的红外大气透过率测量方法,使用中波红外辐射亮度测量装置在青海德令哈和北京怀柔对红外大气透过率进行了实测验证;并与模型计算结果进行了对比。只需在短时间内精确测量不同天顶角处的大气辐射亮度,采用大气辐射传输方程对测量数据进行拟合,即可得到测试波段整层大气透过率。实测结果:德令哈大气透过率0.730,相对不确定度2.4%;怀柔大气透过率0.625,相对不确定度0.8%。此测量方法不需使用大口径望远镜,简便易行;更重要的是测量不基于大气外的标准星,透过率测量精度不受标准星亮度精度的影响。

我国典型地区大气透过率的计算分析

主要分析了我国典型地区(西北地区、沿海地区及大陆地区)在2～12μm波段整层透过率与标准大气模式(1976年美国标准大气、中纬度夏季及中纬度冬季)的偏差,并比较分析了上述两种大气模式下,6种主要吸收分子的透过率偏差。结果表明:使用标准大气模式计算我国典型地区的整层大气透过率存在一定的偏差,引起我国典型地区透过率与标准大气模式偏差较大的原因来自H_2O分子。1976年美国标准大气模式计算我国沿海及大陆地区整层大气透过率的最大绝对偏差达到0.40和0.22;中纬度夏季计算我国沿海及大陆地区7月份整层大气透过率的最大绝对偏差达到0.31和0.29;中纬度冬季计算我国西北、沿海地区1月份整层大气透过率的最大绝对偏差达到0.1和0.36。采用标准大气模式计算我国典型地区整层大气透过率存在一定的偏差,在计算我国区域内的大气透过率时必须考虑我国的大气模式。

热红外波段大气透过率和程辐射的估算方法

文中对M ONTRAN模型内嵌6种大气模式的主要特性差异进行分析,并以中纬度夏季大气模式为例,分析了主要参数(如水汽、臭氧以及气温等)对估算热红外波段大气透过率和程辐射的影响。论文最后对利用探空数据构造完整大气模式进行了研究。