[发明专利]一种大气透过率测量及标定方法

说明书

本发明公开了一种大气透过率测量及标定方法，飞行器上挂载有稳定云台，在稳定云台上安装有稳定发光的LED光源和激光头，所述的飞行器具有自动执行飞行任务并稳定悬停的能力，所述的地面测量装置包括有地面站电脑、二维跟踪平台以及安装在二维跟踪平台上的望远镜。本发明通过对测量路径的密集采样测量并将测量数据进行对比计算的数学处理方法，得到测量路径上的大气透过率及大气衰减系数，消除了目标光源和测量仪器定标误差的影响，能够提高大气透过率的测量精度。

技术领域

本发明涉及大气透过率测量技术领域，尤其涉及一种大气透过率测量及标定方法。

背景技术

大气透过率是反映大气辐射传输性质的重要参量，在大气辐射、地球资源遥感、环境监测、空间目标监测等应用中具有重要的参考价值。空间目标的红外辐射特性是目标识别、在轨信息判定的重要依据之一。红外辐射特性包括目标的温度和辐射照度等信息，通常采用地基测量方法进行测量。在地基测量中，获得高精度的中波红外整层大气透过率意义重大。

目前，大气透过率的获取途径主要有3种：大气模式计算法、二次修正的大气模式计算法以及直接测量法。大气模式计算法应用大气辐射传输计算软件，针对典型的大气模式由地面能见度、大气温湿压等参数计算大气透过率。MODTRAN是国外较成熟的大气辐射传输计算软件，国内主要有安徽光机所的魏合理等人编制的通用辐射传输软件CART。二次修正的大气模式计算法是对基于传统的大气模式计算法进行特定条件下的测量修正。典型的测量修正方法利用高精度的面源黑体模拟标准目标对大气透过率进行现场测量，根据现场测量结果对传统的大气模式计算法的计算结果进行二次修正。长春光机所的杨词银等人建立了大气透过率比例校正数学模型，并基于该模型对大气透过率做了二次测量修正。赵军等人讨论了野外远场测量中大气透过率的修正问题。直接测量法分为红外光谱透过率测量和宽带内平均透过率测量。魏合理、詹杰等人研制了昼夜兼用的可见光波段的大气光谱透过率测量仪。减寿洪等人建立了红外波段大气透过率分段测量的数学模型。

目前，测量大气透过率的仪器设备种类繁多，各种仪器的定标也没有一个统一的方法。最常用的方式是Langley-plot法。

根据Bouguer-Lambert-Beer定律，通过大气到达地面的太阳直接辐射照度

E_λ＝E_λ，0R^-2exp(-mτ_λ)

其中E_λ，0代表波长为λ处大气上界的辐射通量密度，E_λ代表波长为λ处到达地面的辐射通量密度，R为日地距离校正因子，m为大气质量数，τ_λ是大气总的垂直光学厚度。对上式取对数有：

ln E_λ+ln R²＝ln E_λ，0-mτ_λ

由于仪器接收到的辐射量E_λ与仪器输出的电压V_λ成正比关系，因此有:

ln V_λ+ln R²＝ln V_λ，0-mτ_λ

Langley定标时，进行不同天顶角情况下的太阳直接辐射测量，仪器的输出V_λ是m的函数，分别以ln V_λ+ln R²和m为纵横坐标做线性拟合，则直线的斜率就是大气的垂直光学厚度，截距就是仪器在大气上界测得的电压信号ln V_λ。从理论上讲，这种定标方法是比较精确的，但在实际操作中，Langley定标对环境条件要求比较严格，很难满足，所使用的数据多存在一些噪声，使定标质量下降。