[发明专利]水体原位表观光谱观测设备

说明书

本发明涉及一种水体表观光谱原位测量系统，包括漂浮设备及漂浮设备上搭载的光学感应及传导设备、电子测量设备、控制电路和供电设备；漂浮设备包括浮体环和浮体环上垂直于环面方向设置的光学探头安装架，光学探头安装架包括竖直安装组件和水平连接组件，水平连接组件沿浮体环的环形径向设置，一端连接竖直安装组件，另一端连接浮体环，使竖直安装组件悬垂于浮体环环面以外，同时其垂直投影处于环面中心位置；浮体环内、外径比值为0.80～0.85；浮体环设有水密空腔，为整个漂浮设备提供浮力和装载必要的电子设备和电源组件；光学探头安装架上竖直安装光学探头。本发明的水体原位表观光谱观测设备可直接测量水体离水辐亮度Lsubgt;w/subgt;，能够最大限度地减少方法缺陷、人为误差和设备误差，最终观测得到的水体遥感反射率Rsubgt;rs/subgt;精度显著提高，操作简单。

技术领域

本发明涉及光学观测领域，具体涉及水色遥感现场表观光谱观测领域，尤其涉及一种水体原位表观光谱观测设备。

背景技术

离水辐亮度(L_w)和遥感反射率(R_rs)是海洋光学的核心参量，如固有光学量、叶绿素浓度以及光学浅水底质等其他参量，都可由R_rs反演得到。而且，现场实测的L_w可用于机载或空间传感器的地面标定、真实性检验，以及大气校正中。

现场实测L_w光谱已经有五十多年历史，现有技术中已经开发和实施的有三种测量方法，包括水面以上测量法、水下剖面测量法和水面漂浮测量法，这些方法虽然在测量现场很容易实施，但是它们都没能直接测量水体的L_w，而且通过测量一些相关参量去推导L_w，由于在推导过程中均存在一些不确定的因素，导致这些方法推导得到的L_w具有很大的误差。

如许多研究中所述，使用水面以上测量法估测L_w时，如果海面被波浪粗糙化，无法准确确定气水界面反射率，那么很难准确地去除表面反射光，导致推导L_w时存在巨大的不确定因素；水下剖面测量法中，为了导出到达水面的上行辐亮度，需要通过精密的数据处理获得正确的衰减系数，实际应用时，对于高度混浊的水域或垂直分层的水域，很难准确估算传播的衰减系数，因此最终推导L_w时也存在巨大的不确定因素；对于水面漂浮测量法，则需要将水面以下10-50cm处的上行辐亮度推导成刚好水面以下0cm处的上行辐亮度。而且，对于水下剖面测量法和水面漂浮测量法，都必须通过假定水的折射率和横截面反射率来主观地以刚好水面以下0cm处的上行辐亮度推导出离水辐亮度L_w，因此，即使准确地测量了每个分量，各种程度的不确定性也还是会影响L_w的计算。

目前，水面漂浮测量法已经很少提到，水面以上测量法和水下剖面测量法都有代表性的仪器。如，利用水面以上测量法的代表观测仪器有：加拿大的Satlantic公司的HyperSAS表观光谱观测设备等；利用水下剖面测量法的代表观测仪器有：海洋光学浮标等。

总之，现有技术中，不论那种观测仪器，只要采用以上三种测量方法的，都无法准确测量离水辐亮度，因此，有必要研发一种基于新的观测方法的水体表观光谱观测设备，使用直接测量而不是推导得到离水辐亮度的方法，以最大限度地减少方法缺陷、人为误差、设备投入、降低操作和维护的难度，并且实现更高的观测精确度。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有的水体表观光谱观测中存在的问题，提出一种新的水体光学观测设备，不仅能够直接测量水体离水辐亮度L_w，最大限度地减少方法缺陷、人为误差和设备误差，最终观测得到的水体遥感反射率R_rs精度显著提高，而且该设备满足海洋光学测量在阴影、姿态、安全性、布放回收的易操作性以及维护的方便性等方面的技术要求。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：