[发明专利]一种海洋大气一体化高光谱辐射测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种海洋大气一体化高光谱辐射测量系统及方法，系统包括：光学测量单元：用于采集和测量高光谱辐亮度数据；扫描步进控制单元：用于控制高光谱辐亮度数据采集过程中光学测量单元的转动；控制箱：用于数据采集、存储和传输，以及位置计算和驱动步进电机；太阳能电池板：用于为测量系统提供电源；固定支架：用于将测量系统固定在需要进行高光谱辐射测量的位置。本发明设计的测量系统避免了使用不同设备分别测量大气和海水辐射量，降低了设备的购买、使用和维护成本，并可通过控制程序自动实现对太阳、天空和海面的最优观测。

技术领域

本发明属于海洋光学观测技术领域，具体涉及一种海洋大气一体化高光谱辐射测量系统及方法。

背景技术

全球海洋表面积约占地球总面积的71%，对人类水资源利用，全球碳循环调节以及全球气候变化等都有着重要的作用。卫星海洋遥感是大面积连续获取海洋参数的主要技术手段。比如，卫星光学海洋遥感技术可在短时间内（1-2d）获取海洋上层以叶绿素浓度为表征的浮游植物分布。由于大气在卫星光学海洋遥感获取信号中占主要贡献，因此卫星光学海洋遥感的一个关键技术是消除大气影响，即大气校正。大气校正需要现场测量大气光学性质和海洋水体表观光学性质，以建立气溶胶模型或检验卫星光学遥感产品。大气光学性质包括气溶胶光学厚度，海洋水体表观光学性质包括遥感反射比或归一化离水辐亮度。传统上，海洋大气光学性质由1台太阳光度计，2台海洋辐亮度计和1台辐照度计共同测量完成。其中，太阳光度计测量气溶胶厚度，辐照度计和辐亮度计分别测量海洋向下辐照度、天空向下辐亮度和海面上行辐亮度，然后计算海面遥感反射比或归一化离水辐亮度。这种测量方法需要多台仪器，购买费用昂贵，并且每台仪器需要定期辐射定标，维护成本高。此外，太阳光度计通常采用窄带滤光片进行多光谱辐射测量，无法获取高光谱气溶胶厚度。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的海洋大气一体化高光谱辐射测量系统及方法解决了现有的测量方法设备成本高、且无法获取高光谱气溶胶厚度的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种海洋大气一体化高光谱辐射测量系统，包括：

光学测量单元：包括光接收模块及光处理模块，所述光处理接收模块用于对测量系统的入射光信号进行接收并传输至光处理模块，所述光处理模块用于对接收的入射光信号进行探测，以实现太阳、大气及海洋光学辐射量的一体化测量；

扫描步进控制单元：包括水平扫描步进控制模块以及垂直扫描步进控制模块，用于根据测量系统的测量需求控制光学测量单元的水平转动或垂直转动，以使光接收模接收太阳、大气或海洋对应的入射光信号；控制箱：用于数据采集、存储和传输，以及位置计算和驱动步进电机；

太阳能电池板：用于为测量系统提供电源；

固定支架：用于将测量系统固定在需要进行高光谱辐射测量的位置。

进一步地，所述光学测量单元中的光接收模块包括两个进光筒、光阑、光纤支撑架、光纤和CCD相机；所述光处理模块包括衰减片支撑架、光纤耦合器、Y型光纤、高光谱仪以及外壳；

所述的衰减片支撑架、光纤耦合器、Y型光纤、高光谱仪均设置在外壳内部；

两个所述进光筒平行设置，且结构相同，每个所述进光筒的前端设为开口小孔，内部中间均设置有光阑，后端底部与外壳表面固定连接；

每个所述光阑均连接一个光纤支撑架，并通过光纤支撑架固定光纤的一端，所述光纤的另一端通过衰减片支撑架与光纤耦合器的入射光口连接，所述光纤耦合器的两个出射光口分别通过一根Y型光纤与高光谱仪连接；

所述CCD相机与控制箱通信连接，并固定设置于外壳上，且其位置中心在两个所述进光筒的中线上。

进一步地，所述光纤耦合器内部设置有电子快门；

所述光纤耦合器和高光谱仪均设置有隔热外壳。