自校正大氣-地表光學輻射特性觀測儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于光福射測量領(lǐng)域和遙感科學領(lǐng)域，具體是一種自校正大氣-地表光學 福射特性觀測儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 大氣光學福射特性和地表反射福射特性是氣候變化研究、遙感器福射定標、遙感 應用等科學領(lǐng)域的重要參量。
[0003] 地表反射福射特性采用地面反射率表征。傳統(tǒng)的地面反射率測量采用相對漫反射 參考板測量的方式，即人工手持光譜福射計分別測量地面和參考板，兩者相比得到地面反 射率。該測量方法的自動化程度低，儀器及參考板受到外部環(huán)境影響產(chǎn)生變化也不能得到 及時檢測和校正。
[0004] 大氣光學特性采用太陽直射光譜福照度、天空光漫射福照度/總福照度觀測結(jié)果 計算表征，通常采用一臺或多臺光譜福射儀器觀測，由于該類型儀器缺乏光譜自定標、儀器 畏減自松正功能，難W保持長期穩(wěn)定性。
[0005] W往對大氣光學福射特性和地表反射特性的測量需要采用多臺光譜福射儀器觀 測，ii量過程復雜，自動化程度低，儀器不具有自校正功能，現(xiàn)慢精度低。同時，利用地面觀 測結(jié)果進行福射傳輸計算時，地面反射率觀測和大氣福射特性觀測采用不同的儀器導致光 譜的不匹配W及儀器各自系統(tǒng)誤差的累積，增大了計算結(jié)果的不確定度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的不足，提供一種測量精度高、全自動化控制的自 校正大氣-地表光學福射特性觀測儀。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[000引自校正大氣-地表光學福射特性觀測儀，其特征在于:包括有光學系統(tǒng)，光學系統(tǒng) 包括有積分球、地表反射觀測鏡頭、Ξ個分光探測單元、光譜定標器;所述積分球作為勻光 器具有兩個入光孔和一個出光孔，其中上入光孔用于觀測天空光入射，下入光孔與地表反 射觀測鏡頭相連接用于觀測地表反射;積分球的兩入光孔處分別設有可切換擋光板，采用 切換方式分時切入兩路入射光;積分球內(nèi)置遮光板;積分球的出光孔處設有光纖束;入射光 進入積分球后經(jīng)過內(nèi)置的遮光板反射，通過出光口處的光纖束導入到Ξ個分光探測單元； 所述地表反射觀測鏡頭內(nèi)集成了光譜定標器，周期性的檢測光譜、像元之間的對應關(guān)系。
[0009] 所述的自校正大氣-地表光學福射特性觀測儀，其特征在于:所述分光探測單元采 用平場凹面光柵分光、線陣列光電二極管探測，Ξ個分光探測單元對應光譜波段分別為： 0.4-1皿，1-1.7皿，1.7-2.4皿。
[0010] 所述的自校正大氣-地表光學福射特性觀測儀，其特征在于:所述兩擋光板采用步 進電機驅(qū)動，擋光板為常閉狀態(tài)，保護積分球內(nèi)壁免受太陽紫外線的長時間照射，減小積分 球內(nèi)部反射層的衰變;積分球上、下入光孔的擋光板不同時打開，積分球上入光口打開時測 量大氣光學特性，積分球下入光口打開時測量地表反射光學特性，兩個入光孔的擋光板閉 合狀態(tài)時，測量儀器的本底信號。
[0011]所述的自校正大氣-地表光學福射特性觀測儀，其特征在于:所述積分球內(nèi)置的遮 光板的中屯、位于下入光孔中屯、線與出光孔中屯、線的交點處，遮光板反射面與下入光孔面及 出光孔面分別成45°夾角，遮光板材料采用聚四氣乙締。當測量大氣光學特性時，遮光板的 作用為:太陽直射光線至少經(jīng)過積分球內(nèi)部Ξ次W上的反射后才能進入分光探測單元;天 空漫射光至少經(jīng)過兩次W上的反射后才能進入分光探測單元;保證了積分球的勻光效果和 余弦特性。當測量地表反射光學特性時，遮光板的作用為:直接反射地表入射光信號進入分 光探測單元，同時，地表入射信號經(jīng)過積分球的勻光后通過遮光板反射也可W進入分光探 測單元，提高了儀器對地觀測的入射光通量，保證了儀器的信噪比；遮光板位于地表反射觀 測鏡頭焦平面后一定距離處，不同視場的彌散斑重合W及遮光板的朗伯反射特性保證了對 地觀測的勻光效果。
[0012] 所述的自校正大氣-地表光學福射特性觀測儀，其特征在于:所述地表反射觀測鏡 頭入瞳處及焦平面處分別放置可切換孔徑光闊，其中焦平面處可切換光闊具有四個位置， 分別對應四種工作狀態(tài)，包括關(guān)閉狀態(tài)、對地觀測、光譜定標、福射定標，焦平面處可切換孔 徑光闊，對應Ξ種工作狀態(tài)，包括閉合、對地觀測、定標；當對地觀測時，積分球上入光孔閉 合，地表反射觀測鏡頭焦平面處光闊和入瞳處光闊均切換為大孔徑光闊，對地觀測結(jié)果與 天空光總照度觀測結(jié)果相比較得到地表光譜反射率。
[0013] 所述的自校正大氣-地表光學福射特性觀測儀，其特征在于:所述光學系統(tǒng)整體具 有二維運動功能，翻轉(zhuǎn)地表反射觀測鏡頭用于觀測太陽時定標，觀測太陽時地表反射觀測 鏡頭切換為小孔徑光闊，保證儀器探測不飽和。
[0014] 所述的自校正大氣-地表光學福射特性觀測儀，其特征在于:所述積分球上入光孔 設計有擋光條，擋光條集成了四象限自動跟蹤器，保證了對太陽直射光的遮擋。當積分球上 入光孔打開時，通過自動遮擋/不遮擋太陽觀測天空入射光，實現(xiàn)大氣光學厚度、天空光漫 射福照度/總福照度比的自動測量，該觀測模式全面的反映了大氣光學特性，準確表征大氣 類型，有效提高福射傳輸計算的精度。積分球?qū)μ炜沼^測具有兩種工作模式:遮擋太陽直射 光觀測天空漫射光，不遮擋太陽直射光測量天空入射光總照度，兩者觀測值相減得到太陽 直射光譜福照度。
[0015] 所述的自校正大氣-地表光學福射特性觀測儀，其特征在于:在晴天野外工作過程 中，兩個入光孔分別觀測太陽，W太陽作為穩(wěn)定光源，定標進入積分球前兩入射光路透過率 的相對變化，消除積分球、分光光路及光電探測的衰變效應，實現(xiàn)儀器的福射觀測自校正。
[0016] 具體地，自校正大氣-地表光學福射特性觀測儀福射自校正過程為:在晴天野外工 作過程中，W太陽作為穩(wěn)定光源，上入光孔首先觀測太陽直射，然后對地觀測鏡頭的焦平面 處光闊和入瞳處光闊均切換到定標狀態(tài)觀測太陽，保證儀器探測不飽和。該兩種觀測狀態(tài) 的儀器輸出比值與實驗室定標值相比較，定標進入積分球前兩入射光路透過率的相對變 化，并消除積分球、分光光路及光電探測的衰變效應，實現(xiàn)儀器的福射觀測自校正。
[0017] 自校正大氣-地表光學福射特性觀測儀光譜定標過程為:地表反射觀測鏡頭光闊 切換為定標工作狀態(tài)，光譜定標器切入光路，采用特征光譜定標儀器的光譜、像元之間的對 應關(guān)系。
[0018]所述的自校正大氣-地表光學福射特性觀測儀，其特征在于:還包括有電子學系 統(tǒng)，電子學系統(tǒng)包括有依次連接的濾波放大模塊、程控放大模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、總線、CPU、 驅(qū)動電路，總線上還連接有電機驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、無線傳輸模塊、控制接口模塊，所 述驅(qū)動電路驅(qū)動光學系統(tǒng)二維運動，濾波放大模塊的信號輸入端與分光探測單元的信號輸 出端連接。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點是：
[0020] 本發(fā)明為一套觀測設備，分別自動測量天空入射光和地面反射光，兩者的比值即 為地面光譜反射率，不需要引入?yún)⒖及宓臏y量，減少了不確定度因素的來源;本發(fā)明集成了 光譜/福射自定標功能，保持了觀測結(jié)果的長期穩(wěn)定性，準同步測量保證了地面反射率測量 和大氣特性觀測的光譜完全一致，避免了光譜匹配誤差和傳統(tǒng)測量方式的儀器間系統(tǒng)誤 差，顯著提高現(xiàn)場的觀測精度和福射傳輸計算精度。
【附圖說明】：
[0021] 圖1為自校正大氣-地表光學福射特性觀測儀構(gòu)成圖。
[0022] 圖2為總福照度觀測圖。
[0023] 圖3為漫射照度觀測圖。
[0024] 圖4為對地觀測圖。
[0025] 圖5為比值福射觀測自校正定標模式示意圖。
[00%]圖6為光譜自定標模式示意圖。
【具體實施方式】：
[0027] 如圖1所示，自校正大氣-地表光學福射特性觀測儀，包括有光學系統(tǒng)、電子學系 統(tǒng)，光學系統(tǒng)包括有積分球1、地表反射觀測鏡頭2、Ξ個分光探測單元3、光譜定標器4;積分 球1作為勻光器具有兩個入光孔和一個出光孔，其中上入光孔用于觀測天空光入射，下入光 孔與地表反射觀測鏡頭2相連接用于觀測地表反射;積分球1的兩入光孔處分別設有可切換 擋光板，采用切換方式分時切入兩路入射光;積分球1內(nèi)置遮光板5;積分球1的出光孔處設 有光纖束6;入射光進入積分球1后經(jīng)過內(nèi)置的遮光板5反射，通過出光口處的光纖束6導入 到Ξ個分光探測單元3;地表反射觀測鏡頭2內(nèi)集成了光譜定標器4,周期性的檢測光譜、像 元之間的對應關(guān)系；電子學系統(tǒng)包括有依次連接的濾波放大模塊8、程控放大模塊9、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換模塊10、總線11、CPU12、驅(qū)動電路13，總線11上還連接有電機驅(qū)動模塊14、數(shù)據(jù)存儲模塊 15、無線傳輸模塊16、控制接口模塊17,驅(qū)動電路13驅(qū)動光學系統(tǒng)二維運動，濾波放大模塊8 的信號輸入端與分光探測單元3的信號輸出端連接。
[0028] 分光探測單元3采用平場凹面光柵分光、線陣列光電二極管探測，Ξ個分光探測單 元對應光譜波段分別為:0.4-1μπι，1-1.7μπι，1.7-2.4皿。
[0029] 兩擋光板采用步進電機驅(qū)動，擋光板為常閉狀態(tài)，保護積分球內(nèi)壁免受太陽紫外 線的長時間照射，減小積分球內(nèi)部反射層的衰變;積分球上、下入光孔的擋光板不同時打 開，積分球上入光口打開時測量大氣光學特性，積分球下入光口打開時測量地表反