准直热辐射源物体方向比辐射率测量方法和仪器技术

本发明专利技术公开了一种准直热辐射源物体方向比辐射率测量方法及仪器。本发明专利技术是通过采用准直热辐射源和环境热辐射源交替照射后而提取物体比辐射率信息的。本发明专利技术解决了使用单一的红外测温仪进行物体方向比辐射率测定问题并且为在遥感平台上大面积地测定比辐射率的二维分布打下了基础，为实现快速、大面积、远距离地获取被测物体的方向比辐射率的目标铺平了道路。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热红外遥感应用
，特别是涉及一种准直热辐射源比辐射率测量方法和仪器。地物的表面温度测定在许多科学研究和应用领域有着十分重要的作用。在气象领域里，精确的地表温度是提高数值天气预报准确度的关键参数；在农业领域里，精确地测定地表温度直接关系提高遥感作物产量预报的精度以及提高旱灾估算精度；在国防领域里，精确地测定地表地物温度可提高军事目标的识别和反伪装的能力；在森林安全防护中，精确地测定地表温度也可提高火灾灾情监控的准确度……。物体表面的温度反映的是物体界面分子平均运动的能量值。物体的表面温度取决于以下三个重要参数，即表面辐射温度、环境辐照度和比辐射率。其中表面辐射温度和环境辐照度在现有技术中都是不难解决的。唯独比辐射率的测定还没有完全突破。物体比辐射率就是物体发射热辐射的本领。物体比辐射率的精确测定是远距离精确遥感和反演真实地表温度的关键信息。在定量热红外遥感应用技术中，物体比辐射率的测量更具有重要意义。换言之，没有比辐射率就不可能正确获取地表地物的真实温度信息。目前，国内外对物体比辐射率测量技术的研究主要集中在两个类型上，一种是漫射热辐射源式，这是一种用于野外测定地表地物方向比辐射率的技术。另一种是准直热辐射源式，它也是一种用于测定物体比辐射率的技术。准直热辐射源式物体比辐射率的测量原理是根据二氧化碳激光照射物体后的反射辐射和散射辐射计算而得的。在准直热辐射源式的比辐射率测量
里，法国研究中心在《IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTESENSING，VOL.34.NO.4.JULY1996》公开了一种背向散射辐射式比辐射率测量技术。该技术应用背向散射式方法，需要将被测物体用激光多角度照射加温以达到热平衡，由于平衡温度高于物体自身温度，物体自身的红外热辐射就被忽略了；同时，该测量技术必须采用两种辐射计即用于测量照度的耐强功率的照度计、和用于测量被激光照射的被测物散射热辐射的红外测温仪，由于两种辐射计的时间漂移和零点漂移不一样，容易造成误差；因此，背向散射辐射式比辐射率测量技术不能在遥感平台上进行比辐射率的直接测定。这是背向散射辐射式比辐射率测量技术的主要缺点。本专利技术主要目的，就是为了克服现有技术的缺点，提出一种准直热辐射源物体方向比辐射率测量方法和仪器。本专利技术解决了现有技术中物体自身的红外热辐射被忽略了的问题，解决了必须采用两种辐射而造成的测量误差问题，解决了使用单一的红外测温仪进行物体方向比辐射率测定问题，为在遥感平台上大面积地测定比辐射率的二维分布奠定了基础，为实现快速、大面积、远距离地获取被测物体的方向比辐射率的目标铺平了道路。本专利技术的准直热辐射源物体方向比辐射率测量方法是这样实现的1.本专利技术的方法是利用二氧化碳激光器作为准直热辐射源；2.用挡光叶子板将二氧化碳激光和自然背景光两种不同强度的环境辐照度交替照射到被测物体，通过这样改变对被测物体施加的环境辐照度，以提取方向比辐射率的信息；3.采用硅凹透镜将激光束发散成与红外测温仪视场相匹配的激光斑；4.利用低比辐射率反射板控制热辐射源方向，从而可以测定水平放置的水、土壤等物体的方向比辐射率；5.以高精度的红外测温仪作为主信号测定部件；6.用齿轮带变速器和计算机控制的步进电机控制红外测温仪的观测角；7.二氧化碳激光源采用标准比辐射率板进行标定；8.最后，将红外测温仪测出的数值信号输入计算机、并利用各种软件进行计算和反演，得出被测物体的方向比辐射率测定值。本专利技术的准直热辐射源物体方向比辐射率测量仪器包括电源，控制器，机厢及面板，底板，支撑块，它还包括以下部件(1)激光发射部分包括二氧化碳激光器、硅凹透镜；(2)激光遮挡部分包括位于激光发射部分和激光反射部分之间的挡光叶子板；(3)激光反射部分包括固定在发射镜支撑架上的低比辐射率反射板；(4)红外测温仪控制调节部分包括红外测温仪方向测量圆弧形导轨和可以在圆弧形导轨上移动的红外测温仪；圆弧形导轨的一端位于方向调节旋钮和被测物框的调节轴连接处，圆弧形导轨的另一端通过连杆与大变速轮的转动轴连接；大变速轮通过齿轮带与小变速轮连接，小变速轮连接在步进电机的转动轴上；(5)被测物体盛放部分包括安装在被测物框调节轴和大变速轮的转动轴之间的被测物框；被测物框调节轴外端有一带有固定螺母方向调节旋钮；上述的激光反射部分、红外测温仪控制调节部分和被测物体盛放部分组装在一个装置上。下面结合附图进一步详细叙述本专利技术的技术方案。附附图说明图1是准直热辐射源物体方向比辐射率测定仪器示意图附图2是挡光叶子板示意图本专利技术的准直热辐射源物体方向比辐射率测量方法是这样实现的1.利用二氧化碳激光器作为准直热辐射源；2.用挡光叶子板将二氧化碳激光和自然背景光两种不同强度的环境辐照度交替照射到被测物体，通过这样改变对被测物体施加的环境辐照度，以提取方向比辐射率的信息；3.采用硅凹透镜将激光束发散成与红外测温仪视场相匹配的激光斑；具体实施时所述的硅凹透镜可采用8度的硅凹透镜，所述的激光斑为直径8cm的激光斑；4.利用低比辐射率反射板，如镀金反射板控制热辐射源方向，从而可以测定水平放置的水、土壤等物体的方向比辐射率；5.以高精度的红外测温仪作为主信号测定部件；具体实施时，红外测温仪安装在方向测量圆弧形导轨上，并且圆弧形导轨上可以标上0～90度的刻度指示；这样，红外测温仪就可以沿约四分之一的弧度的圆弧形导轨移动，使得红外测温仪在由圆弧形导轨形成的平面上对被测物构成可以在0～90度范围变化的测量角；6.圆弧形导轨的一端位于方向调节旋钮和被测物框的调节轴连接处，圆弧形导轨的另一端通过连杆与大变速轮的转动轴连接；大变速轮通过齿轮带与小变速轮连接，小变速轮连接在步进电机的转动轴上；用这样的齿轮带变速器和计算机控制的步进电机就可以使得由圆弧形导轨形成的平面在0～180度的范围内变化，从而控制红外测温仪在另一个坐标系的测量角；7.本专利技术所用的二氧化碳激光源可采用标准比辐射率板进行标定；8.最后，将红外测温仪测出的数值信号输入计算机、并利用各种软件进行计算和反演，得出被测物体的方向比辐射率测定值。上述的用于计算和反演的软件及其涉及的计算公式，可以参考科学出版社于1996年4月出版的、由本专利技术的专利技术人之一的张仁华教授所著的《实验遥感模型及地面基础》一书。该书详细介绍了比辐射率测定和计算、反演的原理、公式和数学模型。如前所述，应用背向散射式方法，需要将被测物体用激光多角度照射加温以达到热平衡，由于平衡温度高于物体自身温度，物体自身的红外热辐射被忽略了；同时，该测量技术必须采用两种辐射计即用于测量照度的耐强功率的照度计、和用于测量被激光照射的被测物散射热辐射的红外测温仪，由于两种辐射计的时间漂移和零点漂移不一样，容易造成误差；因此，背向散射辐射式比辐射率测量技术不能在遥感平台上进行比辐射率的直接测定。这是背向散射辐射式比辐射率测量技术的主要缺点。本专利技术的测量方法是属于反射辐射式。反射式的原理是利用准直源辐射和环境热辐射源交替照射后而提取物体比辐射率信息的。因此本专利技术的方法既不需要对被测物体加温、不会忽略物体自身热辐射，也不需采用耐强功率的照度计、避免了两种辐射计的时间漂移和零点漂移不一样造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准直热辐射源物体方向比辐射率测量方法，其特征在于：（１）利用二氧化碳激光器作为准直热辐射源；（２）用挡光叶子板将二氧化碳激光和自然背景光两种不同强度的环境辐照度交替照射到被测物体，通过这样改变对被测物体施加的环境辐照度，以提取方向比辐射率的信息；（３）采用硅凹透镜将激光束发散成与红外测温仪视场相匹配的激光斑；（４）利用低比辐射率反射板控制热辐射源方向，从而可以测定水平放置的水、土壤等物体的方向比辐射率；（５）以高精度的红外测温仪作为主信号测定部件；（６）用齿轮带变速器和计算机控制的步进电机控制红外测温仪的观测角；（７）二氧化碳激光源采用标准比辐射率板进行标定；（８）最后，将红外测温仪测出的数值信号输入计算机、并利用各种软件进行计算和反演，得出被测物体的方向比辐射率测定值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张仁华，孙晓敏，唐新斋，苏红波，
申请(专利权)人：中国科学院地理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]