一种扣除背景辐射影响的温度与发射率测量方法及装置制造方法及图纸

一种扣除背景辐射影响的温度与发射率测量方法和装置，本发明专利技术利用二维转台驱动多通道红外辐射计进行观测方位角在0~360

【技术实现步骤摘要】
一种扣除背景辐射影响的温度与发射率测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及红外辐射测量
，尤其涉及一种扣除背景辐射影响的温度与发射率测量方法及装置。

技术介绍

[0002]地表温度LST(Land Surface Temperature)是地表
‑
大气耦合系统辐射平衡和地表物理过程的重要参数，被全球气候观测系统组织与欧洲航天局气候变化倡议项目列为监测地球气候系统的基本气候变量之一，其时空变化信息在气象预测、气候变化、水循环、地质勘探、农林监测和城市热环境等领域具有重要的科学意义和应用价值。地表发射率是表征地表将热能转化为辐射能能力的度量，在气候模式、矿物识别、生态监测和能量平衡等方面应用广泛。因此如何高精度获取地表温度和发射率具有重要的研究意义和实用价值。
[0003]由于背景热辐射的存在以及地表温度与发射率的耦合作用的影响，辐射反演地表温度与发射率又是热红外遥感研究的热点和难点之一，具体表现在：(1)大气下行热辐射影响。采用辐射测量数据反演地物的温度和发射率时，多通道红外辐射计接收到的辐亮度可表示为L
k
＝ε
k
B(T
s
)+(1
‑
ε
k
)
·
L
k
↓
(T
b
)，其中，ε
k
表示地物目标的通道发射率，T
s
表示地物目标的温度，L
k
↓
(T
b
)表示大气下行热辐射。由公式可知，大气下行热辐射是辐射测量中主要影响因素，特别对于发射率较小的地表。实验表明大气下行辐射在总辐射的比重大约在0.5％～5％之间，对于陆地的温度反演与真实性检验而言，大气下行辐射贡献能引起0.2～4K温差。
[0004](2)地表温度与发射率的耦合作用的影响。多通道红外辐射计接收到的辐亮度可表示为L
k
＝ε
k
B(T
s
)+(1
‑
ε
k
)
·
L
k
↓
(T
b
)，随着通道数的增加，k个通道可以列出k组方程组，该方程组包含k个通道的发射率值ε
k
和一个地表温度T
s
，共k+1个未知数，为欠定方程组。
[0005]例如，一种在中国专利文献上公开的“一种红外辐射精确测温方法”，其申请号为CN201310481620.7，包括如下步骤：步骤1：测出环境反射温度T
u
；步骤2：利用温度计测出环境大气温度T
α
，再根据被测物体与红外辐射测温设备之间的距离计算出大气透射率τ
α
；步骤3：利用红外辐射测温设备测出被测物体的辐射温度T
r
；步骤4：确定被测物体的发射率ε
n
反射率ρ
n
、发射率与反射率之和α，α≤1；步骤5：将测量值T
α
、T
u
、T
r
输入红外辐射测温设备计算出环境大气温度信号I(T
α
)、环境反射温度信号I(T
u
)和被测物体的辐射温度信号的值I(T
r
),代入实际物体红外测温公式计算得到红外辐射测温信号I(T0)；步骤6：根据红外热像仪的标定公式，由红外辐射测温信号的值I(T0)换算出物体的真实温度T0。其不足之处是，此专利技术利用温度计测出环境大气温度，用于扣除反射大气下行辐射的影响，该方法中的大气温度为近地表大气温度，无法有效表征整个天空背景的大气下行辐射特性，因此影响反演目标温度的精度。

技术实现思路

[0006]本专利技术是为了解决辐射测量地表温度和发射率中，大气下行热辐射的影响以及地
表温度与发射率耦合作用的难点，提供一种扣除背景辐射影响的温度与发射率测量方法及装置，有效消除大气下行辐射在反演地表温度和发射率的影响，提高反演精度。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种扣除背景辐射影响的温度与发射率测量方法，包括如下步骤：S1.通过多通道红外辐射计进行观测方位角在范围0～360
°
，天顶角在范围0～90
°
下，半球空间的大气下行辐亮度的测量，并计算半球空间下，大气面向地面目标的下行辐射照度；S2.通过多通道红外辐射计进行地物目标多通道红外辐亮度的测量；S3.假设目标最大发射率值，利用最大发射率逐步去除反射的背景辐射，求解出各个通道的温度，其中最大温度值作为地物目标温度的估算值；以最大温度的黑体辐亮度曲线作为包络线，求解出各个通道的发射率值；S4.获得与温度无关的相对发射率；S5.计算出相对发射率的最大和最小差值MMD；S6.建立多通道红外辐射计最小通道发射率与MMD之间的关系；S7.计算所有通道的发射率；S8.迭代去除大气下行辐射，获得各通道真实温度和真实发射率。
[0008]本专利技术的特点在于通过多通道红外辐射计观测半球空间下不同角度下的大气下行辐亮度，有效表征了大气下行辐射在反演地表温度和发射率的影响，提高反演精度。
[0009]作为优选，步骤S1中将半球空间分别沿方位角和天顶角均匀分为多个测量点，对每个测量点进行大气下行辐亮度的测量，大气面向地面目标的下行辐射照度的计算过程如公式(1)所示：其中，E
↓
(Ω)表示大气面向地面目标的下行辐射照度，表示方位角为天顶角为θ时的大气下行辐亮度。上述公式为E
↓
(Ω)的理论值，实际应用过程中，在步骤S1中将半球空间沿天顶角θ以及方位角划分为若干区域，分别测量各区域的大气下行辐亮度并通过公式(1)计算出下行辐射照度E
↓
(Ω)的近似值，其中区域数量可根据实际情况选择增减。
[0010]作为优选，步骤S3的计算过程如公式(2)所示：
其中，T
k
为多通道红外辐射计通道k的温度值，c1为第一辐射常数，c2为第二辐射常数，λ0为通道中心波长，ε
k
为通道k的发射率，B
k
(T
max
)表示多通道红外辐射计通道k接收到的黑体在温度为T
max
下的辐亮度。
[0011]此步骤为了初步估算地物目标的温度值和通道发射率。
[0012]作为优选，步骤S4中利用公式(3)获得与温度无关的相对发射率β
k
：其中，B
k
(T
k
)表示多通道红外辐射计通道k接收到的黑体在温度为T
k
下的辐亮度，为B
k
(T
k
)的平均值，L
s,k
表示步骤S2获得的通道k的地物目标辐亮度，为L
s,k
的平均值。
[0013]作为优选，步骤S6中，最小通道发射率ε
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扣除背景辐射影响的温度与发射率测量方法，其特征是，包括如下步骤：S1.通过多通道红外辐射计进行观测方位角在范围0～360
°
，天顶角在范围0～90
°
下，半球空间的大气下行辐亮度的测量，并计算半球空间下，大气面向地面目标的下行辐射照度；S2.通过多通道红外辐射计进行地物目标多通道红外辐亮度的测量；S3.假设目标最大发射率值，利用最大发射率逐步去除反射的背景辐射，求解出各个通道的温度，其中最大温度值作为地物目标温度的估算值；以最大温度的黑体辐亮度曲线作为包络线，求解出各个通道的发射率值；S4.获得与温度无关的相对发射率；S5.计算出相对发射率的最大和最小差值MMD；S6.建立多通道红外辐射计最小通道发射率与MMD之间的关系；S7.计算所有通道的发射率；S8.迭代去除大气下行辐射，获得各通道真实温度和真实发射率。2.根据权利要求1所述的一种扣除背景辐射影响的温度与发射率测量方法，其特征是，步骤S1中将半球空间分别沿方位角和天顶角均匀分为多个测量点，对每个测量点进行大气下行辐亮度的测量，大气面向地面目标的下行辐射照度的计算过程如公式(1)所示：其中，E
↓
(Ω)表示大气面向地面目标的下行辐射照度，表示方位角为天顶角为θ时的大气下行辐亮度。3.根据权利要求1所述的一种扣除背景辐射影响的温度与发射率测量方法，其特征是，步骤S3的计算过程如公式(2)所示：其中，T
k
为多通道红外辐射计通道k的温度值，c1为第一辐射常数，c2为第二辐射常数，λ0为通道中心波长，ε
k
为通道k的发射率，B
k
(T
max
)表示多通道红外辐射计通道k接收到的黑体在温度为T
max
下的辐亮度。4.根据权利要求1所述的一种扣除背景辐射影响的温度与发射率测量方法，其特征是，
步骤S4中利用公式(3)获得与温度无关的相对发射率β
k
：其中，B
k
(T
k
)表示多通道红外辐射计通道k接收到的黑体在温度为T
k
下的辐亮度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张允祥，李新，张艳娜，韦玮，潘琰，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：