CN111366254A - 一种大气透过率检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大气透过率检测方法及装置。本发明的方法包括如下步骤：采用模式计算方法对待测目标进行测量，得到所述待测目标对应的模式大气透过率τ_R’；根据校正系数C_τ得到所述待测目标对应的校正大气透过率τ_R*＝τ_R’×C_τ。所述根据校正系数C_τ得到所述待测目标对应的校正大气透过率τ_R*之前，包括：根据标准面源黑体对应的实测大气透过率τ_R0和所述标准面源黑体经所述模式计算方法测量的大气透过率τ_R0’确定所述校正系数C_τ。本发明的装置包括标准面源黑体、红外测量设备、大气辐射传输计算装置。本发明提供了一种利用近距离大气透过率校正系数来校正远距离模式计算大气透过率的方法及装置，解决了大气透过率测量精度低的问题。

Description

一种大气透过率检测方法及装置

技术领域

本发明涉及大气透过率测量领域，尤其涉及一种大气透过率检测方法及装置。

背景技术

大气透过率测量是目标红外辐射特性测量的一个重要环节，主要用于对目标红外辐射在大气中传输时的衰减进行修正。

大气透过率测量一般可分为间接模式计算方法和直接实测方法。模式计算方法是通过MODTRAN等大气辐射传输计算软件，根据地面能见度、温湿压等大气参数来计算大气透过率。模式计算大气透过率方法的误差一般在20％左右，气象条件恶劣的情况下甚至超过30％，难以满足高精度目标红外辐射测量要求。

直接实测方法是利用红外测量设备对某一距离的参考红外辐射源如标准面源黑体进行测量，根据标准面源黑体测量值、标准面源黑体辐亮度以及红外设备辐射响应度，得到这段距离的实测大气透过率。实测大气透过率方法的精度通常可达到10％以内，但只适用于对固定距离静止目标进行辐射测量的情况。而且，当目标较远时需要很大口径的标准面源黑体，难以实现。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种利用近距离大气透过率校正系数来校正远距离模式计算大气透过率的检测方法及装置，解决了大气透过率测量精度低的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种大气透过率检测方法，包括如下步骤：

采用模式计算方法对待测目标对应的大气透过率进行测量，得到所述待测目标对应的模式大气透过率τ_R’；

根据校正系数C_τ得到所述待测目标对应的校正大气透过率τ_R*＝τ_R’×C_τ。

作为本发明的优选方案，

所述根据校正系数C_τ得到所述待测目标对应的校正大气透过率τ_R*之前，包括：

根据标准面源黑体对应的第一大气透过率τ_R0和经所述模式计算方法测量的第二大气透过率τ_R0’确定所述校正系数C_τ。

作为本发明的优选方案，所述确定所述校正系数包括：

将所述标准面源黑体放置于与红外测量设备相距R₀处，设置所述标准面源黑体的工作温度，待所述标准面源黑体温度稳定后利用所述红外测量设备对所述标准面源黑体进行测量，得到距离R₀的第一大气透过率τ_R0；

利用所述模式计算方法计算计算距离R₀的第二大气透过率τ_R0’；

大气透过率校正系数C_τ＝τ_R0/τ_R0’。

作为本发明的优选方案，利用所述红外测量设备对距离R₀的所述标准面源黑体进行测量时，将所述标准面源黑体分别设置在工作温度T_L和T_H下，所述红外测量设备对所述标准面源黑体测量分别得到输出值G_L、G_H；

由于在大气环境下利用所述红外测量设备对所述待测目标进行测量时，目标辐射测量模型为：G_t＝α·[τ_aL_t+L_a]+G₀；

则G_L＝α·[τ_R0L_L+L_R0]+G₀，G_H＝α·[τ_R0L_H+L_R0]+G₀；

其中，α、G₀分别为所述红外测量设备的辐亮度响应度和定标偏移值，L_L、L_H分别为工作温度T_L、T_H下的标准面源黑体辐亮度，τ_R0、L_R0分别为所述红外测量设备与所述标准面源黑体之间的大气透过率和程辐射；

解得实测大气透过率

作为本发明的优选方案，所述标准面源黑体辐亮度L_L、L_H可根据标准面源黑体温度由普朗克公式计算得到

其中，λ₁～λ₂为所述红外测量设备工作波段，ε为标准面源黑体发射率，T为标准面源黑体工作温度(K)，C₁＝3.7417749×10⁸(W·m^-2·μm⁴)，C₂＝1.438769×10⁴(μm⁴·K)。

一种大气透过率检测装置，

包括标准面源黑体、红外测量设备、大气辐射传输计算装置，所述标准面源黑体放置于距离所述红外测量设备R₀处；

其中，所述红外测量设备：用于测量所述标准面源黑体对应的第一大气透过率τ_R0；

所述大气辐射传输计算装置：用于测量所述标准面源黑体对应的第二大气透过率τ_R0和待测目标的模式大气透过率τ_R’；

校正系数C_τ＝τ_R0/τ_R0’，校正大气透过率τ_R*＝τ_R’×C_τ。

作为本发明的优选方案，利用所述红外测量设备对距离R₀的所述标准面源黑体进行测量时，将所述标准面源黑体分别设置在工作温度T_L和T_H下，所述红外测量设备对所述标准面源黑体测量分别得到输出值G_L、G_H；

由于在大气环境下利用所述红外测量设备对所述待测目标进行测量时，目标辐射测量模型为：G_t＝α·[τ_aL_t+L_a]+G₀；

则G_L＝α·[τ_R0L_L+L_R0]+G₀，G_H＝α·[τ_R0L_H+L_R0]+G₀；

其中，α、G₀分别为所述红外测量设备的辐亮度响应度和定标偏移值，L_L、L_H分别为工作温度T_L、T_H下的标准面源黑体辐亮度，τ_R0、L_R0分别为所述红外测量设备与所述标准面源黑体之间的大气透过率和程辐射；

解得实测大气透过率

作为本发明的优选方案，所述标准面源黑体辐亮度L_L、L_H可根据标准面源黑体温度由普朗克公式计算得到

其中，λ₁～λ₂为所述红外测量设备工作波段，ε为标准面源黑体发射率，T为标准面源黑体工作温度(K)，C₁＝3.7417749×10⁸(W·m^-2·μm⁴)，C₂＝1.438769×10⁴(μm⁴·K)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明利用红外测量设备获得近距离的实测大气透过率和模式计算大气透过率，然后根据两者之比得到大气透过率校正系数。然后，当对远距离目标进行红外辐射测量时，先用大气辐射传输计算软件计算大气透过率，并用上述大气透过率校正系数对该模式大气透过率进行校正。经校正后，远距离目标的大气透过率的精度大大提高。

2、在获得校正系数时，利用红外测量设备获得近距离的实测大气透过率，根据实测大气透过率和模式计算大气透过率之比得到大气透过率校正系数。利用红外测量设备对面源标准面源黑体进行测量获得近距离的实测大气透过率精度较高，可达到10％以内。因此，校正系数的准确度也相应提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的大气透过率测量方法示意图；

图2是本发明的方法流程图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

一种大气透过率检测方法，包括如下步骤：

a)将一标准面源黑体放置在与红外相机相距R₀的地方，将标准面源黑体分别设置在工作温度T_L和T_H下，

红外相机对标准面源黑体测量分别得到输出值G_L、G_H；

根据标准面源黑体温度由普朗克公式计算得到标准面源黑体辐亮度L_L、L_H，

其中，λ₁～λ₂为相机工作波段，ε为标准面源黑体发射率，T为标准面源黑体工作温度(K)，C₁＝3.7417749×10⁸(W·m^-2·μm⁴)，C₂＝1.438769×10⁴(μm⁴·K)。

由于在大气环境下利用红外测量设备对目标进行测量时，目标辐射测量模型为：G_t＝α·[τ_aL_t+L_a]+G₀；

则G_L＝α·[τ_R0L_L+L_R0]+G₀，G_H＝α·[τ_R0L_H+L_R0]+G₀；

其中，α、G₀分别为红外相机的辐亮度响应度和定标偏移值，L_L、L_H分别为工作温度T_L、T_H下的标准面源黑体辐亮度，τ_R0、L_R0分别为红外相机与标准面源黑体之间的大气透过率和程辐射；

解得实测大气透过率

b)利用MODTRAN软件，计算距离R₀的模式大气透过率τ_R0’；大气透过率校正系数C_τ＝τ_R0/τ_R0’。

c)对距离R的目标进行测量时，先用MODTRAN软件计算距离R的模式计算大气透过率τ_R’，再乘以校正系数C_τ，得到校正后大气透过率τ_R*＝τ_R’×C_τ。

本发明利用红外测量设备获得近距离的实测大气透过率和模式计算大气透过率，然后根据两者之比得到大气透过率校正系数。然后，当对远距离目标进行红外辐射测量时，先用MODTRAN(模式计算)等大气辐射传输计算软件计算大气透过率，并用上述大气透过率校正系数对该计算大气透过率进行校正。经校正后，远距离目标的大气透过率的精度大大提高。

在获得校正系数时，利用红外测量设备获得近距离的实测大气透过率，根据实测大气透过率和模式计算大气透过率之比得到大气透过率校正系数。利用红外测量设备对面源标准面源黑体进行测量获得近距离的实测大气透过率精度较高，可达到10％以内。因此，校正系数的准确度也相应提高。

实施例二

大气环境目标红外辐射测量校正方法，包括如下步骤：

a)将一标准面源黑体放置在与红外相机相距R₀的地方，将标准面源黑体分别设置在工作温度T_L和T_H下，

红外相机对标准面源黑体测量分别得到输出值G_L、G_H；

根据标准面源黑体温度由普朗克公式计算得到标准面源黑体辐亮度L_L、L_H，

其中，λ₁～λ₂为相机工作波段，ε为标准面源黑体发射率，T为标准面源黑体工作温度(K)，C₁＝3.7417749×10⁸(W·m^-2·μm⁴)，C₂＝1.438769×10⁴(μm⁴·K)。

由于在大气环境下利用红外测量设备对目标进行测量时，目标辐射测量模型为：G_t＝α·[τ_aL_t+L_a]+G₀；

则G_L＝α·[τ_R0L_L+L_R0]+G₀，G_H＝α·[τ_R0L_H+L_R0]+G₀；

其中，α、G₀分别为红外相机的辐亮度响应度和定标偏移值，L_L、L_H分别为工作温度T_L、T_H下的标准面源黑体辐亮度，τ_R0、L_R0分别为红外相机与标准面源黑体之间的大气透过率和程辐射；

解得实测大气透过率

b)利用MODTRAN软件，计算距离R₀的模式大气透过率τ_R0’；大气透过率校正系数C_τ＝τ_R0/τ_R0’。

c)对距离R的目标进行测量时，先用MODTRAN软件计算距离R的模式计算大气透过率τ_R’，再乘以校正系数C_τ，得到校正后大气透过率τ_R*＝τ_R’×C_τ。

d)采用校正后大气透过率τ_R*对目标测量值进行辐射反演，

在大气环境下利用红外测量设备对目标进行测量时，目标辐射测量模型为：

G_t＝α·[τ_aL_t+L_a]+G₀，式中，G_t为红外测量设备的输出值，α为红外测量设备的辐亮度响应度，L_t为被测目标辐亮度，τ_a、为目标与红外测量设备之间的大气透过率，L_a为目标与红外测量设备之间的大气程辐射。G₀是由红外设备自身光机结构热辐射、背景辐射以及探测器暗电流等引起的偏移值；

反演得到目标辐亮度

带入经校正的大气透过率τ_R*，则目标辐亮度为：

在目标红外辐射测量诸多环节中，大气透过率是影响目标辐射测量精度的最重要环节，也是影响辐射测量精度的最主要因素。由于引入大气透过率校正系数，目标辐射测量的精度也相应提高。

实施例三

一种大气透过率检测装置，包括标准面源黑体、红外测量设备、大气辐射传输计算装置，所述标准面源黑体放置于距离所述红外测量设备R₀处；大气辐射传输计算装置利用的参数包括地面能见度、气温、气压、相对湿度。

其中，所述红外测量设备：用于测量所述标准面源黑体对应的第一大气透过率τ_R0；

所述大气辐射传输计算装置：用于测量所述标准面源黑体对应的第二大气透过率τ_R0和待测目标的模式大气透过率τ_R’；

校正系数C_τ＝τ_R0/τ_R0’，校正大气透过率τ_R*＝τ_R’×C_τ。

利用所述红外测量设备对距离R₀的所述标准面源黑体进行测量时，将所述标准面源黑体分别设置在工作温度T_L和T_H下，所述红外测量设备对所述标准面源黑体测量分别得到输出值G_L、G_H；

由于在大气环境下利用所述红外测量设备对所述待测目标进行测量时，目标辐射测量模型为：G_t＝α·[τ_aL_t+L_a]+G₀；

则G_L＝α·[τ_R0L_L+L_R0]+G₀，G_H＝α·[τ_R0L_H+L_R0]+G₀；

其中，α、G₀分别为所述红外测量设备的辐亮度响应度和定标偏移值，L_L、L_H分别为工作温度T_L、T_H下的标准面源黑体辐亮度，τ_R0、L_R0分别为所述红外测量设备与所述标准面源黑体之间的大气透过率和程辐射；

解得实测大气透过率

所述标准面源黑体辐亮度L_L、L_H可根据标准面源黑体温度由普朗克公式计算得到

其中，λ₁～λ₂为所述红外测量设备工作波段，ε为标准面源黑体发射率，T为标准面源黑体工作温度(K)，C₁＝3.7417749×10⁸(W·m^-2·μm⁴)，C₂＝1.438769×10⁴(μm⁴·K)。

Claims (8)

1.一种大气透过率检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

采用模式计算方法对待测目标进行测量，得到所述待测目标对应的模式大气透过率τ_R’；

根据校正系数C_τ得到所述待测目标对应的校正大气透过率τ_R*＝τ_R’×C_τ。

2.根据权利要求1所述的大气透过率检测方法，其特征在于，

所述根据校正系数C_τ得到所述待测目标对应的校正大气透过率τ_R*之前，包括：

根据标准面源黑体对应的第一大气透过率τ_R0和所述标准面源黑体经所述模式计算方法测量的第二大气透过率τ_R0’确定所述校正系数C_τ。

3.根据权利要求2所述的大气透过率检测方法，其特征在于，所述确定所述校正系数包括：

将所述标准面源黑体放置于与红外测量设备相距R₀处，设置所述标准面源黑体的工作温度，待所述标准面源黑体温度稳定后利用所述红外测量设备对所述标准面源黑体进行测量，得到距离R₀的第一大气透过率τ_R0；

利用所述模式计算方法计算计算距离R₀的第二大气透过率τ_R0’；

大气透过率校正系数C_τ＝τ_R0/τ_R0’。

4.根据权利要求3所述的大气透过率检测方法，其特征在于，利用所述红外测量设备对距离R₀的所述标准面源黑体进行测量时，将所述标准面源黑体分别设置在工作温度T_L和T_H下，所述红外测量设备对所述标准面源黑体测量分别得到输出值G_L、G_H；

由于在大气环境下利用所述红外测量设备对所述待测目标进行测量时，目标辐射测量模型为：G_t＝α·[τ_aL_t+L_a]+G₀；

则G_L＝α·[τ_R0L_L+L_R0]+G₀，G_H＝α·[τ_R0L_H+L_R0]+G₀；

其中，α、G₀分别为所述红外测量设备的辐亮度响应度和定标偏移值，L_L、L_H分别为工作温度T_L、T_H下的标准面源黑体辐亮度，τ_R0、L_R0分别为所述红外测量设备与所述标准面源黑体之间的大气透过率和程辐射；

解得实测大气透过率

5.根据权利要求4所述的大气透过率检测方法，其特征在于，所述标准面源黑体辐亮度L_L、L_H可根据标准面源黑体温度由普朗克公式计算得到

其中，λ₁～λ₂为所述红外测量设备工作波段，ε为标准面源黑体发射率，T为标准面源黑体工作温度(K)，C₁＝3.7417749×10⁸(W·m^-2·μm⁴)，C₂＝1.438769×10⁴(μm⁴·K)。

6.一种大气透过率检测装置，其特征在于，

包括标准面源黑体、红外测量设备、大气辐射传输计算装置，所述标准面源黑体放置于距离所述红外测量设备R₀处；

其中，所述红外测量设备：用于测量所述标准面源黑体对应的第一大气透过率τ_R0；

所述大气辐射传输计算装置：用于测量所述标准面源黑体对应的第二大气透过率τ_R0和待测目标的模式大气透过率τ_R’；

校正系数C_τ＝τ_R0/τ_R0’，校正大气透过率τ_R*＝τ_R’×C_τ。

7.根据权利要求6所述的大气透过率检测装置，其特征在于，

利用所述红外测量设备对距离R₀的所述标准面源黑体进行测量时，将所述标准面源黑体分别设置在工作温度T_L和T_H下，所述红外测量设备对所述标准面源黑体测量分别得到输出值G_L、G_H；

由于在大气环境下利用所述红外测量设备对所述待测目标进行测量时，目标辐射测量模型为：G_t＝α·[τ_aL_t+L_a]+G₀；

则G_L＝α·[τ_R0L_L+L_R0]+G₀，G_H＝α·[τ_R0L_H+L_R0]+G₀；

其中，α、G₀分别为所述红外测量设备的辐亮度响应度和定标偏移值，L_L、L_H分别为工作温度T_L、T_H下的标准面源黑体辐亮度，τ_R0、L_R0分别为所述红外测量设备与所述标准面源黑体之间的大气透过率和程辐射；

解得实测大气透过率

8.根据权利要求7所述的大气透过率检测装置，其特征在于，所述标准面源黑体辐亮度L_L、L_H可根据标准面源黑体温度由普朗克公式计算得到

其中，λ₁～λ₂为所述红外测量设备工作波段，ε为标准面源黑体发射率，T为标准面源黑体工作温度(K)，C₁＝3.7417749×10⁸(W·m^-2·μm⁴)，C₂＝1.438769×10⁴(μm⁴·K)。

Images