CN104181614A - 一种基于外置双黑体的地基红外测云仪野外实时定标方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种基于外置双黑体的地基红外测云仪野外实时定标方法，采用两个平面黑体辐射源组件，通过温度控制组件使其中一个黑体保持常温状态，另外一个处于高温状态。两个黑体分别处于地基红外测云仪的光机组件的两侧。在每一次观测前，地基红外测云仪旋转光机组件，使得非致冷红外焦平面阵列先采集一个黑体所有探测单元的红外辐射，再旋转采集另一个黑体红外辐射值，并通过求解定标模型进行实时定标；地基红外测云仪的每一次观测前，利用温度控制组件使其中一个黑体保持常温状态，另外一个加热至高温状态，两者的温差不低于20℃。通过野外实时定标模型求得实时定标系数，并存入相应的存储单元。

Description

一种基于外置双黑体的地基红外测云仪野外实时定标方法及装置

技术领域

本发明属于地面气象观测领域，具体涉及一种基于外置双黑体的地基红外测云仪野外实时定标方法及机构。

背景技术

采用非致冷红外焦平面阵列测云技术的地基红外测云仪实现了全天空昼夜连续云的监测，大大提高了地面云自动化观测水平。该仪器通过CN100510781C、CN101089657B等专利实现了野外长期观测。在实际工作中，地基红外测云仪通过单一内定标黑体建立了辐射定标方法，一定程度上保证了设备的稳定工作。但是随着设备在野外长期观测，受到自然环境和仪器磨损等因素影响，传感器的镜头表面污染、防护玻璃老化等问题会导致透过率降低，内置黑体定标由于没有充分考虑这些问题，使得实际测量的时候定标关系随着时间的推移会偏离设备出厂时的结果。目前要求定期人工对其进行标定以实现观测数据的可靠性。

发明内容

本发明的目的是：针对目前地基红外测云仪自定标能力不足，长期野外工作导致辐射测量结果出现漂移的问题，提出一种野外地基红外测云仪野外实时定标的方法及机构，以减少测云设备人工标定的频次。

本发明的技术方案是：一种基于外置双黑体的地基红外测云仪野外实时定标方法，采用两个平面黑体辐射源组件，通过温度控制组件使其中一个黑体保持常温状态，另外一个处于高温状态。两个黑体分别处于地基红外测云仪的光机组件的两侧。在每一次观测前，地基红外测云仪旋转光机组件，使得非致冷红外焦平面阵列先采集一个黑体所有探测单元的红外辐射，再旋转采集另一个黑体红外辐射值，并通过求解定标模型进行实时定标；

地基红外测云仪的每一次观测前，利用温度控制组件使其中一个黑体保持常温状态，另外一个加热至高温状态，两者的温差不低于20℃。

建立如下野外实时定标模型：

$I_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{sky}}=a_{\mathrm{ij}}{\mathrm{DN}}_{\mathrm{ij}}+b_{\mathrm{ij}}---\left(1\right)$

则对任一探测单元的高温和常温黑体的输出计数值有：

$I_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{high}}=a_{\mathrm{ij}}{\mathrm{DN}}_{\mathrm{ij}}\left(I_{\mathrm{bb}}^{\mathrm{high}}\right)+b_{\mathrm{ij}}---\left(2\right)$

$I_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{normal}}=a_{\mathrm{ij}}{\mathrm{DN}}_{\mathrm{ij}}\left(I_{\mathrm{bb}}^{\mathrm{normal}}\right)+b_{\mathrm{ij}}---\left(3\right)$

联立(2)和(3)，可求得实时定标系数a_ij和b_ij，并存入相应的存储单元。

天空红外辐射值可以由(1)式得出。

一种基于外置双黑体的地基红外测云仪野外实时定标装置，采用两个平面黑体辐射源组件，通过温度控制组件使其中一个黑体保持常温状态，另外一个处于高温状态。两个黑体分别处于地基红外测云仪的光机组件的两侧。另设有温度控制组件和采集与数据处理组件。

平面型双黑体辐射源采用热电阻金属膜材料，辐射面采用包括铝或其它金属或合金，表面发射率大于98％，不均匀性不超过2％。将温度传感器PT100埋设于热电阻金属膜和辐射面之间。

本发明的有益效果是：适用于地基红外测云仪进行野外实时定标工作。外定标方式克服了锗玻璃防护窗污染及老化等带来的误差，极大减少了人工现场标定维护设备的次数。

附图说明

图1是本发明的外置双黑体的地基红外测云仪野外实时定标机构；

图2是本发明的外置双黑体的地基红外测云仪野外实时定标流程。

具体实施方式

基于外置双黑体的地基红外测云仪野外实时定标机构主要包括平面双黑体辐射源组件、温度控制组件和采集与数据处理组件等三个部分。平面型双黑体辐射源采用热电阻金属膜材料(如镍铬合金；也可采用金属氧化物，如二氧化锡等)，辐射面的面积大于100cm²；辐射面采用铝或类似金属，表面发射率大于98％，不均匀性不超过2％。将温度传感器PT100埋设于热电阻金属膜和辐射面之间。两个黑体分别处于地基红外测云仪的光机组件的两侧。采集与控制组件用以控制测云光机组件对准黑体以及数据采集和处理。

地基红外测云仪的每一次观测前的实时定标流程为：

(1)利用温度控制组件，使其中一个黑体保持常温状态，另外一个加热至高温状态，两者的温差不低于20℃。两个温度的黑体对应的辐照度分别为

(2)旋转光机组件，采集常温黑体的红外辐射，得到每个探测单元的响应输出再旋转采集高温黑体红外辐射，其响应输出记为

(3)建立如下野外实时定标模型：

$I_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{sky}}=a_{\mathrm{ij}}{\mathrm{DN}}_{\mathrm{ij}}+b_{\mathrm{ij}}---\left(1\right)$

则对任一探测单元的高温和常温黑体的输出计数值有：

$I_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{high}}=a_{\mathrm{ij}}{\mathrm{DN}}_{\mathrm{ij}}\left(I_{\mathrm{bb}}^{\mathrm{high}}\right)+b_{\mathrm{ij}}---\left(2\right)$

$I_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{normal}}=a_{\mathrm{ij}}{\mathrm{DN}}_{\mathrm{ij}}\left(I_{\mathrm{bb}}^{\mathrm{normal}}\right)+b_{\mathrm{ij}}---\left(3\right)$

联立方程(2)和(3)，可以求得实时定标系数a_ij和b_ij，并存入相应的存储单元。

(4)天空红外辐射值可以由(1)式得出。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于外置双黑体的地基红外测云仪野外实时定标方法，其特征是采用两个平面黑体辐射源组件，通过温度控制组件使其中一个黑体保持常温状态，另外一个处于高温状态。两个黑体分别处于地基红外测云仪的光机组件的两侧；在每一次观测前，地基红外测云仪旋转光机组件，使得非致冷红外焦平面阵列先采集一个黑体所有探测单元的红外辐射，再旋转采集另一个黑体红外辐射值，并通过求解定标模型进行实时定标；

地基红外测云仪的每一次观测前，利用温度控制组件使其中一个黑体保持常温状态，另外一个加热至高温状态，两者的温差不低于20℃，

建立如下野外实时定标模型：

$I_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{sky}}=a_{\mathrm{ij}}{\mathrm{DN}}_{\mathrm{ij}}+b_{\mathrm{ij}}---\left(1\right)$

则对任一探测单元的高温和常温黑体的输出计数值有：

$I_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{high}}=a_{\mathrm{ij}}{\mathrm{DN}}_{\mathrm{ij}}\left(I_{\mathrm{bb}}^{\mathrm{high}}\right)+b_{\mathrm{ij}}---\left(2\right)$

$I_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{normal}}=a_{\mathrm{ij}}{\mathrm{DN}}_{\mathrm{ij}}\left(I_{\mathrm{bb}}^{\mathrm{normal}}\right)+b_{\mathrm{ij}}---\left(3\right)$

联立方程(2)和(3)，可求得实时定标系数a_ij和b_ij，并存入相应的存储单元。

2.根据权利要求1所述的基于外置双黑体的地基红外测云仪野外实时定标方法，其特征是天空红外辐射值可以由(1)式得出。

3.一种基于外置双黑体的地基红外测云仪野外实时定标装置，其特征是采用两个平面黑体辐射源组件，通过温度控制组件使其中一个黑体保持常温状态，另外一个处于高温状态。两个黑体分别处于地基红外测云仪的光机组件的两侧；另设有温度控制组件和采集与数据处理组件；

平面型双黑体辐射源采用热电阻金属膜材料，辐射面采用包括铝或其它金属或合金，表面发射率大于98％，不均匀性不超过2％。将温度传感器PT100埋设于热电阻金属膜和辐射面之间。

4.根据权利要求3所述的基于外置双黑体的地基红外测云仪野外实时定标装置，其特征是平面型双黑体辐射源采用热电阻金属膜材料，辐射面的面积大于100cm²。