CN103439025A - 水体皮温-表温同步测量装置及其对卫星遥感的定标方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水体皮温-表温同步测量装置，其包括至少一测温棒、A/D转换器以及处理器，其中：所述测温棒的上段和下段分别安装有多个沿该测温棒长度方向设置的具有等距间隔的皮层温度探头和表层温度探头；所述皮层温度探头和表层温度探头均通过A/D转换器与处理器上的处理器电性连接；所述测温棒上进一步安装有多个压力传感器。本发明还提供了一种采用该测量装置进行卫星遥感的定标方法，其包括以下步骤：步骤1、采用上述测量装置和热成像仪对同一位置水体皮层进行温度测量；步骤2、对热成像仪进行定标传递；步骤3、成像仪对卫星遥感进行在轨定标。本发明可同步对大气底层、水体皮层和上表层的温度进行接触式测量，极大提高了测量精度。

Description

水体皮温-表温同步测量装置及其对卫星遥感的定标方法

技术领域

本发明涉及海洋测量技术，特别是一种大气底层、水体皮层和上表层温度同步测量装置以及通过该装置对卫星热红外传感器的在轨定标方法。

背景技术

海表温度（Sea Surface Temperature SST）是海洋最重要的物理参数之一，也是主要的海洋生态环境参数之一。SST在海气相互作用、全球气候变化、中尺度海洋过程、水团和海洋生态环境等研究、海洋数值模拟、近岸热污染评价等许多领域具有广泛应用价值。卫星热红外遥感技术经过数十年的发展，已经成为海表温度探测的最主要手段，卫星传感器能够测量的是水体（包括其它地物）的皮温，即水体皮层（表皮大约0.5毫米水层）温度，在对卫星传感器进行在轨定标时需要首先准确测量皮温。因此，准确测量皮温不仅对卫星热红外传感器定标非常重要，对卫星遥感反演的地面温度进行真实性检验也非常重要。目前测量皮温采用非接触式的测量仪器，测量精度不高，误差通常大于0.5K（开尔文）甚至大于1K。制约了卫星热红外传感器在轨定标精度和卫星遥感温度产品的精度，进而影响了遥感温度产品在各行业的应用。

而且，不考虑大气的影响（可以通过大气校正消除大气的影响），卫星热红外传感器测量的亮温与海水皮温具有对应关系，与海水表温的关系并不确定，因为海水皮温与海水表温的关系受海表风速、气温、湿度、太阳辐射强度等因素影响，因此，对卫星传感器SST结果的评价至关重要。目前对卫星传感器SST结果的验证方法是以现场单点观测（观测站点，观测船或浮标）SST来验证某个像元（或某几个像元）的SST。卫星传感器SST获得的值是某像元区域内SST的平均值，与现场单点观测SST在空间上根本不匹配，这种验证严格说难以达到验证的目的。特别是近岸海域海洋温度锋比较发育，水团结构复杂，海面温度的空间分布变化率比较大，实测点SST往往并不是该观测点所在像元的平均SST，因此，当现场观测值和遥感反演值之间出现比较大的差别时，也许二者都是对的，并不一定是遥感反演方法有问题。另一方面，遥感测量的温度是海水皮层，而现场观测的海水温度其实是水面下0.3～1.0米甚至5米水深的表层体温，这二者本身就存在差异，其次，观测数据与卫星遥感观测数据的同步性也是遥感反演结果进行验证时需要考虑的问题，总之，现场实测SST的测量方法难以满足对遥感SST的验证要求。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种水体皮温-表温同步测量装置，其可对水体皮温进行高精度的接触式测量，该皮温可用于对卫星遥感的在轨定标，对卫星遥感SST的结果进行评价（或称为SST真实性检验），同时，该装置可同步测量大气底层、水体皮层和上表层的温度，还可用于水体皮温-表温的关系分析以及海气相互作用热通量研究等。

为实现以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种水体皮温-表温同步测量装置，其包括至少一测温棒、A/D转换器以及处理器，其中：

所述测温棒的上段安装有多个沿该测温棒长度方向设置的具有0.6mm等距间隔的皮层温度探头，所述测温棒的下段安装有多个沿该测温棒长度方向设置的具有等距间隔的表层温度探头；

所述皮层温度探头和表层温度探头均通过A/D转换器与处理器电性连接；以及

所述测温棒上进一步安装有多个沿该测温棒长度方向设置的具有等距间隔的压力传感器。

所述测温棒的长度为150cm，其中，其上段为50cm，设置于测温棒上段的皮层温度探头紧密排列；设置于测温棒下段的相邻的两表层温度探头间的距离为5mm；所述测温棒置于水体内时其上段露出水面5～45cm。

所述压力传感器为8个，相邻两压力传感器间的距离为20cm。

所述测温棒为9根，该9根测温棒组成20cm×20cm的方形阵列。

所述方形阵列的底部设有一半球形浮体，测温棒安装于该浮体上，所述浮体为空腔结构，处理器以及其外围电路均安装于该空腔结构中。

所述皮层温度探头和表层温度探头均为PSB-S7型的热敏电阻。

每个所述的热敏电阻与三个相同阻值的固定电阻组成一惠斯通电桥，所述惠斯通电桥的输出端连接至A/D转换器的输入端。

本发明还提供了一种卫星遥感的在轨定标方法，其包括以下步骤：

步骤1、在同一水域，分别采用上述的水体皮温-表温同步测量装置以及热成像仪同时对该水域的水体皮层进行温度测量；

步骤2、将所述水体皮温-表温同步测量装置的测量结果与热成像仪的测量结果进行比对，以完成水体皮温-表温同步测量装置到热成像仪的定标传递；

步骤3、采用定标传递后的热成像仪快速获取贯穿卫星遥感图像像元的条带状水体的皮温，基于MODTRAN模型模拟海表-星间红外辐射传输，对与现场温度测量同步的卫星热红外传感器进行在轨定标。

在步骤1前还包括以下步骤：对所述水体皮温-表温同步测量装置中的测温棒进行温度标定。

所述步骤1中水体皮温-表温同步测量装置对水体皮层测温的方法是：

将测温棒置于该水体中，测温棒的上端露出水面5～45cm，在水体的水面放置一用于测量背景大气压的背压压力传感器，根据安装于测温棒上且位于水中的压力传感器测量的压力分布和所述背景大气压通过反演测温棒相对水体液面的位置确定位于水面以下的第一个皮层温度探头，该位于水面以下的第一个皮层温度探头所指示的温度即为水体皮温-表温同步测量装置所测量的水体皮层温度。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明水体皮温-表温同步测量装置可以同步测量水体皮温和表温，准确测量水体表层（1米水深）的水温三维分布，测温灵敏度0.0005K，测量精度可达±0.02K，极大地提高水体皮温的测量精度。

2、本发明水体皮温-表温同步测量装置可以现场标定国际上先进的热成像仪（测温灵敏度0.035K，测温误差1%～2%，640×480像元成像），提高热成像仪的测温精度，再以热成像仪快速获取贯穿卫星遥感图像像元的条带状水体皮温。以条带内的皮温平均值作为对应像元的现场皮温真实值，大大提高现场实测数据与遥感数据之间的空间匹配性，从而提高对卫星热红外传感器在轨定标的精度，提高遥感反演SST真实性检验的可靠性和可信度。

附图说明

图1为本发明水体皮温-表温同步测量装置的电气原理图；

图2为本发明中测温棒组成的方形阵列的结构示意图；

图3为单个测温棒的结构示意图；

图4为惠斯通不平衡电桥的电气原理图；

图5为对卫星遥感在轨定标的流程图。

其中：1、测温棒；11、测温棒上段；111、皮层温度探头；12、测温棒下段；121、表层温度探头；2、浮体；3、环形体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例

按照水体皮温-表温同步测量装置的功能，可以将该装置细分为测温系统、压力感应测深装置和数据采集系统。

一、测温系统

请参照图1所示，测温系统主要包括测温棒、温度探头、惠斯通电桥和AD转换器组成。

请参照图3所示，测温棒1包括测温棒上段11和测温棒下段12，温度探头包括皮层温度探头111和表层温度探头121。测温棒1的总长度为130cm，测温棒上段11的长度为50cm，则测温棒下段12的长度为80cm。皮层温度探头111以紧密排列方式沿测温棒1的长度方向安装于测温棒上段11上，同理，表层温度探头121以一定的间隔沿测温棒1的长度方向安装于测温棒下段12上。

为了测量海水皮温，需要温度探头的空间分辨率达到亚毫米级别，在本发明较佳的实施例中，皮层温度探头111和表层温度探头121均使用PSB-S7热敏电阻可以实现0.6mm的空间分辨率，即PSB-S7热敏电阻的直径为0.6mm，因此，相邻皮层温度探头111的间隔d1为0.6mm，同时，相邻表层温度探头121的间隔d2为5mm。测温棒1放置于水体中进行测量时，其测温棒上段11的长度为5-45cm，保证测温棒上段11中总有一皮层温度探头111位于水体的皮层中，同时这样的设置方式可以保证该测温棒1能够同步测量大气底边界层气温（由露出水面的皮层温度探头111完成）、水体皮温（由置于水体中的第一个皮层温度探头111完成）和水体上表层（1.2米以浅，可由剩余皮层温度探头111和表层温度探头121共同完成）水温，可用于水体皮温-表温的关系分析以及海气相互作用热通量研究等。

热敏电阻用半导体材料制造，多数为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。因为响应速度快的热敏电阻体积也很小，使用恒流源测量阻值会产生很大的自热误差，因此在本发明中使用惠斯通不平衡电桥将R-T的变化转换为电桥输出电压的变化，如图4所示，每个皮层温度探头111和表层温度探头121均对应设置在以惠斯通不平衡电桥中，在该电桥中与其配合的固定电阻（即R1、R2、R3）的阻值取10kΩ。

惠斯通不平衡电桥输出的模拟电压需要使用模-数转换为数字值，因此在该惠斯通不平衡电桥的输出端Uo连接A/D转换器的输入端。为了便于测量，在惠斯通不平衡电桥和A/D转换器之间设置一信号放大器。为了获得较高的测量精度，需要使用高精度的AD芯片，为了适应多路温度信号同步采集的需要，需要AD芯片具有较多的采集通道和与热敏电阻响应时间匹配的测量速度。系统采用美国ADI公司AD7794采集温度信号。AD7794是专为高精度温度测量设计的低功耗、低噪音ADC：工作电压2.7V～5.25V，典型电流值400A，内置低端电源开关，在省电模式下的电流消耗仅为1A，适用于供电受限的应用场合。

设计使用多片AD7794高精度AD转换器同步并行工作，每个AD7794可采集6个温度通道，全部测量各通道最短仅需40ms（470Hz数据更新速率时），与温度探头的响应时间匹配。AD7794是24位Σ-Δ型AD转换器，能够分辨微小信号变化，实现高精度的温度测量。多个AD7794并行采集，使用16位宽度的数据总线和4路4-16线译码器作为片选信号，总计只用24根数据与片选线和2根电源线即可实现5000余路数据的同步采集，极大的简化了系统结构。使用多层印制电路板技术，每个AD7794与测量的热敏电阻焊接在同一个电路板上，不用额外引线，降低了系统的制作难度，采集的温度信号经过线性化处理后通过相应的接口经由高速SPI数据总线传输给ARM核心的数据采集系统，保存在NAND Flash架构的大容量存储器中。使用多片AD7794型6通道（每一个AD7794转换器可对应连接六个温度探头）24位精密AD作为温度采集芯片，对热敏电阻构成的非平衡电桥的输出电压经过信号放大、AD转换、线性化变换后转换为温度信号的测量方案，达到了5mK的测温精度和最短40ms遍历所有通道的高度同步测量。

测温棒1采用PMMA有机玻璃管作为外壳，在温度探头对应位置的外壳上开孔，并使用环氧树脂密封和固定温度探头对应的位置，以使温度探头被固定且起到防水的密封作用。

请参照图2所示，为使测温系统能够测量某水体的三维数据，在本发明实施例中，采用多个测温棒组成的方形阵列实现，具体地，可由9根相同配置的测温棒1组成三维测温结构，该9根测温棒1成方形阵列并且其下段均插接于一半球形的浮体2上实现固定，该半球形为中空结构，信息采集系统安装于该中空结构中，浮体2的半径根据信息采集系统、测温棒1以及固定浮体2的环形体3的总重量而定，即浮体2经受水体的浮力与上述总重量的重力需满足测温棒1露出水面5-45cm。该9根同步测温棒以3×3方阵10cm间距排列构成，形成对大气底边界层气温、水体皮温和水体上表层20cm×20cm水柱温度的三维同步精细测量，为研究表温结构和皮温的关联性和大气底边界层温度与海水表皮层温度结构的关系提供了实测数据基础。

二、压力感应测深装置

每一时刻总有一个皮层温度探头111指示了海水的皮层温度，由于皮层的位置，位于海水皮层的皮层温度探头111总会是第一个水面以下的那个皮层温度探头。对该第一个水面以下的皮层温度探头的判断是通过多个压力传感器进行，压力传感器沿测量棒的长度方向安装于测温棒上，相邻两压力传感器的距离为20cm。在水面放置1个背压压力传感器测量背景大气压，通过测温棒上设置具有等距离间隔的压力传感器测量的压力分布和背景大气压相结合可以高精度反演海水液面相对测温棒的位置，从而确定是哪一个皮层温度探头是水面以下的第一个。压力传感器将确定的第一个位于水面以下的皮层温度探头的信息发送至信息采集系统，该信息采集系统即可确定皮层温度，并可以哪些皮层温度探头用于测量大气底层温度，哪些温度探头用于测量水体表层温度。

在本发明较佳的实施例中，压力传感器采用基于高精度扩散硅压力传感器的测深方案，该方案使用固态MEMS技术制造的高精度扩散硅压力传感器，能够检测0.1毫米水深变化引起的压力变化，测深精度可以达到0.5毫米，以9根测温棒测量的皮温平均值作为测量水域（20×20厘米水域）的皮温-表温三维同步数据。

三、信息采集系统

请参照图1所示，信息采集系统主要包括处理器（中央控制模块）以及其外围电路，处理器通过SPI数据总线接收来自测温系统的测温结果以及来自压力感应测深装置对测温棒位置的确定信息。其外围电路主要包括电源模块、时钟模块、数据存储模块、定位及卫星通信模块。

（1）中央控制模块

中央控制模块使用STM32F103VCT6作为主要的处理器。该处理器使用Cortex-M3内核，具有72MHz时钟频率，1.25DMIPS/MHz的处理能力，0等待周期的存储器和单周期硬件乘除法，使用多种创新技术，实现了业界最高的能效，对32位的高速运算和高效能控制提供了理想的解决方案。

该处理器具有丰富的通信接口，能够满足各传感器的测量需要。具有3个增强型的USART串口，分别用于运动姿态采集模块、定位与卫星通信模块的控制与数据传输；具有2个独立的I2C接口，用于RTC时钟模块的控制与数据传输；1个全速USB2.0接口，用于向PC机高速上载测量数据；2个高达50MHz的SPI通信接口，通过片选逻辑，可以用于皮温-表温测量模块的同步测量控制及高速数据传输；1个FSMC（可变静态存储控制器），80个可配置的IO口，可以用于高速驱动高达64G存储容量的NAND Flash存储器模块。

因为海洋环境恶劣，使用8MHz有源晶振保证系统稳定工作。除了外部有源晶振电路输入的时钟信号，该处理器还有内部8MHz高速时钟源和内部40kHz低速时钟源，在其中一个或多个时钟源发生故障时，系统能够切换到其他时钟源继续正常工作，诊断和恢复故障时钟源，保证了高度的系统可靠性。该处理器内置硬件独立看门狗电路，在系统出现意外卡死时可以复位整个电路，数据备份电路用于系统意外复位时恢复上次工作状态。

（2）电源模块

作为本发明为中央控制模块和各传感器提供稳定的多电压直流供电的电源模块采用LG-486789锂电芯，该锂电芯的外形尺寸为：67mm×89mm×4.3mm，重量32.5g，额定电压3.7V，单节容量3.2A·h，20节锂电池芯构成一个锂电池块，整合保护电路和外壳后外形尺寸为80mm×120mm×100mm，重量为800g，额定电压3.7V，每块容量为60A·h，约合220W·h。其经过DC-DC稳压模块为中央控制器和各传感器提供3.3V稳定直流电压，为GPS定位与卫星通信模块提供大功率24V直流电压。

（3）数据存储模块

考虑到压力液位数据、时钟数据、仪器姿态数据、GPS位置数据和相关水文数据，总数据量在40G左右。如果采用传统的SD卡作为存储介质，在复杂的海上应用环境中，剧烈的系统震动和复杂的物理环境有可能使SD卡发生移位或接触不良等故障，增加了系统的复杂性和不稳定性。在本发明实施例中，采用Micron公司的MT29F512G08CUCAB，其为NAND Flash且具有64GBytes的存储容量的存储器，能够满足该系统的数据存储需要。该存储器直接焊接在电路板上，用STM32F103的FSMC接口可实现快速存取数据，读写速度快于SD卡，消除系统机械故障的可能性。

（4）定位及卫星通信模块

使用GPS定位模块提供系统所在位置信息，定位精度为5～10米，在有条件的情况下，使用北斗定位模块提供系统位置信息，可获得最高1.2米的高精度定位准确度。

数据传输卫星通信系统由TT-3026L/M卫星终端、控制模块、数据传输电缆等组成。TT-3026L/M产品（产品名称为eCTrack）具有体积小，价格低，一体化程度高，通信范围覆盖全球，通信费用极为便宜等特点，适用于本课题的需求。在有条件的情况下，使用北斗通信终端，利用北斗特有的短报文通信能力，将系统工作状态即时发回岸基接收系统，或将控制指令发往系统，改变系统工作模式。

（5）运动姿态采集模块

信息采集模块除上述处理器外，还包括运动姿态采集模块，该模块的输出与处理器相连，主要用于监测测温系统在水体中的垂直程度。测温棒的姿态信息对于校正压力传感器测量的液位数据十分重要。本项目中使用正交放置的HMC1021磁阻传感器，通过测量地磁场的方向确定航向信息；使用芬兰VTI公司的水平倾角传感器，测量棒相对于水平面的倾角；通过三轴加速度传感器测量测量棒在三维空间上的直线加速度。通过对运动姿态的三个角度量和三个加速度量的测量，可以准确计算仪器的运动状态，精确校正压力传感器测量的液位信息。

该水体皮温-表温同步测量装置含有9个测温棒，集成了测量皮温的高密度温度探头阵列、测量表温的温度探头阵列和基于压力传感器测量海表面位置的液位测量模块，以及相应的信号处理和数据采集电路。处理器使用高速ARM处理器作为核心，根据海水皮温-表温测量要求，产生同步触发信号，使9个测温棒同步采集海水表皮水柱（1.2米以浅）的三维温度分布，测量的数据通过高速SPI数据总线传输给中央控制器，存储在NAND Flash架构的大容量数据存储模块中。处理器采集运动姿态测量模块中的三轴倾角和加速度，确定该装置的姿态和运动状态，校正气所测量的液位信息。时间模块使用高精度晶振和RTC时钟为仪器提供准确的时间基准。该装置的地球坐标位置信息由北斗/GPS定位模块测得，位置信息和该装置的工作状态信息通过卫星通信模块传输到岸基或船基接收站，为该装置的定位和回收服务。

采用该水体皮温-表温同步测量装置进行卫星热红外传感器的在轨定标方法，包括以下步骤：

1、首先在该水体皮温-表温同步测量装置投入使用前，须对测温棒上的温度探头进行实验室标定，以提高测量精度。

2、在同一水域，分别采用水体皮温-表温同步测量装置以及热成像仪同时对该水域的水体皮层进行温度测量。

水体皮温-表温同步测量装置是放在水体中的接触式测温仪器，热成像仪是用于水面上非接触式的测温仪器，两台仪器的工作方式不同，要通过水体皮温-表温同步测量装置与热成像仪的同步测量，实现对热成像仪的现场定标。选择晴朗无云且无风或微风气候条件开展海上试验，以尽量减少不良天气因素对试验的影响。将热成像仪架在支架上离水面约2米高度处，先测量布放了水体皮温-表温同步测量装置的水域的皮温，同步测量同一水体50组以上数据，对测量数据进行统计分析，建立从水体皮温-表温同步测量装置测量的真实水体皮温与热成像仪对应测量值之间的关系，提高热成像仪的测量精度。实现从水体皮温-表温同步测量装置到热成像仪的定标传递。

试验中注意考察热成像仪布放姿态（高度，倾斜度等）对测量结果的影响，考察水体皮温-表温同步测量装置在水中姿态变化规律及其对皮温测量的影响。其中，水体皮温-表温同步测量装置对水体皮层测温的方法是：将测温棒置于该水体中，测温棒的上端露出水面5～45cm，在水体的水面放置一用于测量背景大气压的背压压力传感器，根据安装于测温棒上且位于水中的压力传感器测量的压力分布和所述背景大气压通过反演测温棒相对水体液面的位置确定位于水面以下的第一个皮层温度探头，该位于水面以下的第一个皮层温度探头所指示的温度即为水体皮温-表温同步测量装置所测量的水体皮层温度。

3、完成热成像仪现场定标后，水体皮温-表温同步测量装置和热成像仪可以分别单独使用。将现场定标好的热成像仪架于离船体约15米（小船条件下为5米）远的左侧前方，可以通过改变支架长度，以测量水域不受船体航行扰动为准。连续获取航行路径沿线整个条带的水体皮温，该数据经过定位处理及统计计算，以对应像元位置内该段条带的皮温平均值作为该像元的皮温现场真实值，该值是贯穿像元条带的平均值，与卫星遥感像元的空间匹配性比常规的点状测量数据大大增加，而且热成像仪获取的条带皮温数据，因经过现场定标，精度可以达到优于0.1K（受热成像仪的测温精度制约）。该数据用于卫星热红外数据的真实性检验和在轨定标，以利地面传感器到卫星传感器的定标传递，提高定标精度。

4、在第3步中，也可以将热成像仪架于低空飞行器（包括航拍飞机，无人机，飞艇等）上进行现场标定，再以标定好的热成像仪快速获取大范围水域的皮温数据，以低空飞行器为平台获取的皮温数据，与卫星遥感数据的空间匹配性更好。

而水体皮温-表温同步测量装置获取的温度数据还可以用于水体皮温-表温关系分析，SST算法反演研究以及海气相互作用热通量研究等。

5、要完成地面（或低空）传感器到卫星传感器的定标传递，需要考虑大气对热红外辐射的影响，通常利用MODTRAN等大气辐射传输模型，模拟计算海表-卫星之间大气对热红外辐射传输的影响，完成对卫星热红外传感器的在轨定标试验，流程示意图请参照图5所示。

通过卫星（卫星遥感）-海上（采用水体皮温-表温同步测量装置标定后的热成像仪）准同步观测试验，收集航次条带内的精确海表皮温数据，并施放探空气球，测定大气温度、水汽含量剖面廓线。利用大气辐射传输模型(MODTRAN)模拟海表红外辐射到大气层顶（星上)的传输过程，开展红外辐射传输对大气模式、水汽剖面、视角几何等主要因素的敏感性分析，研究大气透过率及大气辐射对海表温度反演的影响，建立其校正模型。此部分为卫星遥感在轨定标的常规方法，本发明中的定标数据由于通过水体皮温-表温同步测量装置进行标定，和通过快速获取大范围皮温数据，解决了当前卫星热红外传感器在轨定标和卫星遥感温度产品真实性检验工作中存在的两大困难：（1）皮温测量精度低和（2）现场测量数据与卫星遥感数据空间匹配性差，从而可以大大提高卫星热红外传感器的定标精度和卫星遥感SST的反演精度。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的保护范围中。

Claims (10)

1.一种水体皮温-表温同步测量装置，其特征在于，其包括至少一测温棒、A/D转换器以及处理器，其中：

所述测温棒的上段安装有多个沿该测温棒长度方向设置的具有0.6mm等距间隔的皮层温度探头，所述测温棒的下段安装有多个沿该测温棒长度方向设置的具有等距间隔的表层温度探头；

所述皮层温度探头和表层温度探头均通过A/D转换器与处理器电性连接；以及

所述测温棒上进一步安装有多个沿该测温棒长度方向设置的具有等距间隔的压力传感器。

2.根据权利要求1所述的水体皮温-表温同步测量装置，其特征在于，所述测温棒的长度为150cm，其中，其上段为50cm，设置于测温棒上段的皮层温度探头紧密排列；设置于测温棒下段的相邻的两表层温度探头间的距离为5mm；所述测温棒置于水体内时其上段露出水面5～45cm。

3.根据权利要求2所述的水体皮温-表温同步测量装置，其特征在于，所述压力传感器为8个，相邻两压力传感器间的距离为20cm。

4.根据权利要求1所述的水体皮温-表温同步测量装置，其特征在于，所述测温棒为9根，该9根测温棒组成20cm×20cm的方形阵列。

5.根据权利要求4所述的水体皮温-表温同步测量装置，其特征在于，所述方形阵列的底部设有一半球形的浮体，测温棒安装于该浮体上，所述浮体为空腔结构，处理器以及其外围电路均安装于该空腔结构中。

6.根据权利要求1所述的水体皮温-表温同步测量装置，其特征在于，所述皮层温度探头和表层温度探头均为PSB-S7型的热敏电阻。

7.根据权利要求6所述的水体皮温-表温同步测量装置，其特征在于，每个所述的热敏电阻与三个相同阻值的固定电阻组成一惠斯通电桥，所述惠斯通电桥的输出端连接至A/D转换器的输入端。

8.一种卫星遥感的在轨定标方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、在同一水域，分别采用权利要求1-7任一项所述的水体皮温-表温同步测量装置以及热成像仪同时对该水域的水体皮层进行温度测量；

步骤2、将所述水体皮温-表温同步测量装置的测量结果与热成像仪的测量结果进行比对，以完成水体皮温-表温同步测量装置到热成像仪的定标传递；

步骤3、采用定标传递后的热成像仪快速获取贯穿卫星遥感图像像元的条带状水体的皮温，基于MODTRAN模型模拟海表-星间红外辐射传输，对与现场温度测量同步的卫星热红外传感器进行在轨定标。

9.根据权利要求8所述的卫星遥感的在轨定标方法，其特征在于，在步骤1前还包括以下步骤：对所述水体皮温-表温同步测量装置中的测温棒进行温度标定。

10.根据权利要求8所述的卫星遥感的在轨定标方法，其特征在于，所述步骤1中水体皮温-表温同步测量装置对水体皮层测温的方法是：

将测温棒置于该水体中，测温棒的上端露出水面5～45cm，在水体的水面放置一用于测量背景大气压的背压压力传感器，根据安装于测温棒上且位于水中的压力传感器测量的压力分布和所述背景大气压通过反演测温棒相对水体液面的位置确定位于水面以下的第一个皮层温度探头，该位于水面以下的第一个皮层温度探头所指示的温度即为水体皮温-表温同步测量装置所测量的水体皮层温度。

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