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《红外定标中目标比辐射率的测量方法探讨_任洪启》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第17卷第4期海洋技术Vol.17,No.41998年12月OCEANTECHNOLOGYDec,1998红外定标中目标比辐射率的测量方法探讨任洪启陈清莲(国家海洋局海洋技术研究所,天津300111)摘要卫星遥感技术是获取目标信息的重要手段。用红外方法获得的目标温度是其比辐射率ε的函数。为了提高卫星资料的定量化应用及传感器的准确定标和对大气修正算法的精度进行检验,需要知道与卫星同步的精确的地物目标的真实温度。本文就野外现场测量地物比辐射率的方法进行了理论推导,给出相应的辅助设备,分析该方法可能产生的误差。关键
2、词红外定标比辐射率测量方法1引言卫星遥感技术是从空中获取目标信息的重要手段。它已被广泛地应用于资源调查、灾害评估、工程建设和环境监测等领域,取得了明显的效益。十多年来,遥感应用逐渐由定性向定量发展,因此对卫星遥感传感器所获资料的精度和置信度的要求越来越高了。对于长寿命的遥感卫星来讲,由于长期在真空、辐射等环境条件下运行,遥感传感器的灵敏度往往随着光学系统被污染和电子元件的老化等因素的变化而衰减,尤其是对红外波段的传感器,它所接收的来自地表的热辐射在传输的过程中,受到中间大气的水汽、二氧化碳的吸收和气溶胶散射等
3、的影响。在由卫星资料反演得到地物目标的辐射(温度)时,必须对此影响进行修正。这两方面的问题,实际涉及到的就是在卫星发射之后对遥感器进行外定标和对遥感数据进行反演中的大气修正问题。应用红外技术来探测物体的表面温度是应用较早的一门遥感技术。对星载遥感器,在发射前经实验室定标后已建立卫星的输出量与输入辐射量之间的关系,即产生了定标方程;同时在星上备有内定标系统,以进行星上的在轨定标。对于大多数卫星,目前内定标精度为1～2K。为提高卫星资料定量化应用的水平,检验大气修正算法的精度,需要提供与卫星同步的精确的地物目标的
4、真实温度(或称物理温度)。对于红外波段,物体的温度是和其比辐射率紧密相关的。本文就地面现场测量比辐射率的方法进行理论上的推导,给出相应的辅助装置,分收稿日期:1998-06-1818海洋技术第17卷析其方法可能产生的误差。2比辐射率ε比辐射率(也称发射率,emissivity)指的是物体的辐射出射度与同温度的黑体的辐射出射度的比值,常用X表示。黑体的X恒等于1,其它物体的X皆小于1,非透明物体的比辐射率与其吸收率相等。X是波长的函数,物体的X值的大小与物体的表面状态有关。对于灰体,在热红外的窄波段(λ1～λ2
5、)范围内,X可视作常数,即有下式成立:λλ22bb∫XLλ(Tzhn)dλ=Lλ(TF)dλ……………………………(1)λ∫λ11bC11式中:Lλ(T)=5·C/λT为普朗克公式,C1、C2为常数。λe2-1Tzhn——地物的真实温度TF——用红外辐射计直接测量的地物的辐射温度引入B1、B2的概念,令:λ∞2bbB1=∫Lλ(Tzhn)dλ/Lλ(Tzhn)dλλ∫o1λ∞2bbB2=∫Lλ(TF)dλ/Lλ(TF)dλλ∫o1则(1)式可写成:∞∞bbXB∫1Lλ(Tzhn)dλ=B2Lλ(TF)dλo∫
6、o44XB1eTzhn=B2eTF1/4Tzhn=(B2/XB1)TF…………………………………………………(2)B1——地物Tzhn时在λ1～λ2波段内的辐射占总辐射的比值。B2——地物TF时在λ1～λ2波段内的辐射占总辐射的比值。B1、B2可通过普朗克公式计算得到。我们的目的就是如何获取(2)式中的比辐射率X。3测量比辐射率的方法3.1反射率计算法投射到物体上的辐射,一部分被吸收,其余部分被物体反射和透过该物体。根据能量守恒原理,物体的吸收率a、反射率d和透过率f的和等于1,即:a+d+f=1………………
7、………………………(3)对于处于辐射平衡的不透明物体,f=0,物体的吸收率a等于它的辐射率X(a=X),即:X=1-d…………………………………………(4)通过测量物体的反射率d,由(4)式算出该物体的辐射率X值。在地面上用红外辐射计测量地物的温度,通常(特殊要求除外)是在地物上方1m以内进行,程辐射视为零,程透射率视为1,这一假设是合理的。红外辐射计所接收的来自目标的辐射量,包括了目标的自身辐射和目标反射的背景辐射两部分:第4期红外定标中目标比辐射率的测量方法探讨19W=XWs+dXbjWbj…………………
8、…………………(5)式中:W——红外辐射计接收到的总辐射Ws——目标的黑体辐射Wbj——背景的等效黑体辐射X——目标的比辐射率Xbj——背景的等效辐射率d——目标的表面反射率在现场的实际测量中,背景温度的改变是困难的,容易做到的是改变Xbj。在ΔWbj=0时,选用两个已知比辐射率为Xbj1、Xbj2的背景,由(5)式可得到W1=XWs+dXbj1Wbj……………………………………(6)W2=XWs+
