[发明专利]一种基于能量修正的太阳绝对辐射计的测量方法

说明书

本发明实施例公开一种基于能量修正的太阳绝对辐射计的测量方法。该方法根据腔温响应模型分析传统的SIAR在开快门和关快门时刻产生腔温波动的原因，提出不等效能量的概念，并通过补偿不等效能量以维持黑体腔的热平衡状态，补偿开快门和关快门时刻的温度波动，进而缩短了黑体腔恢复热平衡的时间，从而缩短了测量周期。

技术领域

本发明涉及太阳光辐照度测量的技术领域，具体涉及一种基于能量修正的太阳绝对辐射计的测量方法。

背景技术

太阳总辐照度(Total Solar Irradiance，TSI)可以计算太阳常数，对太阳物理学和高层大气研究都具有重要意义。目前，太阳总辐照度主要采用太阳辐照度绝对辐射计进行测量。太阳辐照度绝对辐射计是一种电替代绝对辐射计，测量结果可直接溯源至国际基本单位制(SI)中的电流。太阳辐照度绝对辐射计的核心探测器是黑体腔，光功率在黑体腔内经过多次反射和吸收，使得腔温达到新的平衡状态。基于电替代的测量原理，利用电功率复现光功率产生的腔温变化，通过精确测量的等效电功率可获得未知的光功率。

目前，各国都在进行太阳总辐照度(TSI)的测量。比利时将太阳辐照度绝对辐射计搭载在航天器上长期监测太阳总辐照度(TSI)；美国采用TIM监测太阳总辐照度(TSI)；瑞士采用PMOD6监测太阳总辐照度(TSI)；中国采用自主研制的双锥腔补偿型电校准辐射计太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)进行监测太阳总辐照度(TSI)。

为标定各国的太阳绝对辐射计，世界气象组织在瑞士达沃斯设立了世界辐射中心。世界辐射中心采用七台太阳绝对辐射计组成世界标准辐射计组(WSG)，将世界标准辐射计组(WSG)的加权测量结果作为世界辐射基准(WRR)。为传递世界辐射基准(WRR)，世界辐射中心每五年在达沃斯举办一次国际日射强度计比对(IPC)。通过外场定标，获得各台仪器以及世界标准辐射计组(WSG)对地面太阳辐照度的同步测量结果，从而获得以世界辐射基准(WRR)为基准的矫正因子。受大气条件变化影响，地面太阳辐照度的稳定性比空间太阳辐照度的稳定性差，通过缩短测量周期可以提高太阳绝对辐射计的测量精度。为保证定标精度，外场定标要求各仪器采用相同的测量周期。由于受黑体腔的时间常数限制，最初的测量周期长达180s。随着测量方法的优化，测量周期从180s逐步缩短至90s，目前最短的测量周期可达60s。

中国采用自主研制的双锥腔补偿型电校准辐射计太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)参加国际日射强度计比对(IPC)。双锥腔补偿型电校准辐射计太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)采用的是预测辐射电补偿算法，目前测量周期最快为90s，与国际上最快的测量周期60s存在差距。由于缺少腔温响应与输入功率的绝对关系，现有的测量方法中包括两个阶段：辐射观测阶段和电定标阶段。双锥腔补偿型电校准辐射计太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)采用动态预测电补偿功率的方法，该方法需要精确知道双锥腔补偿型电校准辐射计太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)的腔温响应数学模型。在恒定的加热功率作用下，腔温响应具有单e指数的形式。然而在实际的测量过程中，即使补偿电功率和光功率之和与电定标功率相当，在开快门和关快门时刻，腔温会产生明显的脉冲，从而破坏热平衡状态，增长了恢复平衡状态的时间，进而导致测量周期增长。

因此，针对现有双锥腔补偿型电校准辐射计太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)所存在的问题，急需一种缩短双锥腔补偿型电校准辐射计太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)的测量周期的方法。

发明内容

针对现有现有双锥腔补偿型电校准辐射计太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)所存在的问题，本发明实施例提出一种基于能量修正的太阳绝对辐射计的测量方法。本发明实施例所提供的基于能量修正的太阳绝对辐射计的测量方法根据腔温响应模型分析传统的SIAR在开快门和关快门时刻产生腔温波动的原因，提出不等效能量的概念，并通过不等效能量维持黑体腔的热平衡状态，补偿温度波动，缩短了黑体腔恢复热平衡的时间，进而缩短了测量周期。