基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置和方法

摘要

本发明提供了一种基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置和方法，其中装置包括：全漫反射元件，用于按照预设角度将太阳光漫反射至光学辐射测量仪中；遮光元件设置于预定位置时能遮挡照射全漫反射元件的太阳光；光学辐射测量仪，用于测量全漫反射元件，获取含有全漫反射太阳光的第一响应数据，和不含全漫反射太阳光的第二响应数据；计算单元，用于计算第一响应数据和第二响应数据的响应差，根据所述响应差和预先获知的全漫反射太阳光在大气层外的响应数据，得到当前测量路径下光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率。本发明的目的在于准确获知太阳与测量装置形成的测量路径上，光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率。

说明书

技术领域

本发明涉及光学辐射测量和大气测量领域，具体而言，涉及一种基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置和方法。

背景技术

利用光学辐射测量仪进行光学测量是常用的测量手段。光学辐射测量仪对距离较远的目标进行可见光光度和红外辐射测量时，需要知道测量路径上光学辐射测量仪响应谱段的大气透过率，以修正大气对被测目标辐射的衰减作用。

现有技术中，通常通过辅助大气参数测量设备获取大气光学参数，再将获取到的大气光学参数输入到大气传输计算软件中，大气传输计算软件通过复杂的计算得到光学辐射测量仪响应谱段的大气透过率。

由于现有技术中计算大气透过率的参数为间接获取，限于大气参数测量设备获取大气参数的完整性和准确性，以及其它直接获取大气透过率的设备，其工作波段与光学辐射测量仪的响应谱段不一致等原因，利用现有技术获得的用于光学辐射测量仪修正被测目标辐射的大气透过率，其可信度需验证、其数据仍需要进一步修正。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置和方法，以准确获知太阳与测量装置形成的测量路径上，光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率。

为达到上述目的，本发明实施例提供了一种基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置，包括全漫反射元件、光学辐射测量仪，遮光元件和计算单元：

所述全漫反射元件，用于按照预设角度将太阳光漫反射至所述光学辐射测量仪中；

所述遮光元件设置于预定位置时能遮挡照射所述全漫反射元件的太阳光；

所述光学辐射测量仪，用于测量所述全漫反射元件，获取含有全漫反射太阳光的第一响应数据，和不含所述全漫反射太阳光的第二响应数据；

计算单元，用于计算所述第一响应数据和所述第二响应数据的响应差，根据所述响应差和预先获知的所述全漫反射太阳光在大气层外的响应数据，得到当前测量路径下所述光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率。

优选地，在上述装置中，还包括：

校正单元，用于根据所述当前测量路径下所述光学辐射测量仪响应谱段的大气透过率，得到其它路径的所述光学辐射测量仪响应谱段的大气透过率的修正系数。

优选地，在上述装置中，所述全漫反射元件的漫反射波段覆盖所述光学辐射测量仪的响应波段。

优选地，在上述装置中，所述全漫反射元件通过连接杆与所述光学辐射测量仪连接。

优选地，在上述装置中，所述遮光元件活动设置于所述光学辐射测量仪的镜筒表面。

本发明还提供了一种基于光学辐射测量仪测量大气透过率的方法，包括：

通过全漫反射元件按照预设角度将太阳光漫反射至光学辐射测量仪中；

通过所述光学辐射测量仪测量所述全漫反射元件，获得含有全漫反射太阳光的第一响应数据；

遮挡照射所述全漫反射元件的太阳光，通过所述光学辐射测量仪测量所述全漫反射元件，获得不含所述全漫反射太阳光的第二响应数据；

计算所述第一响应数据和所述第二响应数据的响应差，根据所述响应差和预先获知的所述全漫反射太阳光在大气层外的响应数据，得到当前测量路径下所述光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率。

优选地，在上述方法中，还包括：

根据所述当前测量路径下所述光学辐射测量仪响应谱段的大气透过率，得到其他路径的所述光学辐射测量仪响应谱段的大气透过率的修正系数。

优选地，在上述方法中，所述全漫反射元件的漫反射波段覆盖所述光学辐射测量仪的响应波段。

优选地，在上述方法中，所述预设角度包括当前测量路径下观测太阳的角度。

优选地，在上述方法中，所述当前测量路径为太阳照射所述全漫反射元件的路径。

可见，本发明实施例中，利用全漫反射元件、光学辐射测量仪、遮光元件的配合使用，按照预设角度测量，根据光辐射叠加原理，能够得到全漫反射太阳光的响应数据，即响应差；在预先获知全漫反射太阳光在大气层外的响应数据时，通过计算单元能够计算得到当前测量路径下的整层大气透过率。由于全漫反射元件能够将太阳光漫反射至光学辐射测量仪中，并满足光学辐射测量仪的响应谱段要求，因此得到的大气透过率是光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率。因此通过本发明实施例中的装置能够准确获知当前测量路径下光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率，达到了准确获知太阳与测量装置形成的测量路径上，光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置的一种结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置的另一种结构示意图；

图3为本发明第一实施例提供的基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置的又一种结构示意及测量原理图；

图4为本发明第二实施例提供的基于光学辐射测量仪测量大气透过率的方法的一种流程示意图；

图5为本发明第二实施例提供的基于光学辐射测量仪测量大气透过率的方法的另一种流程示意图。

附图标记：

11-凸面全漫反射元件，12-连接杆，13-光学辐射测量仪镜筒，14-光学系统轴线，15-太阳光，16-光学系统，17-探测器，18-遮挡板，19-整层大气。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术获得的用于光学辐射测量仪修正被测目标辐射的大气透过率，其可信度仍需验证、其数据仍需要进一步修正的问题，本发明实施例提供了一种基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置。

图1为本发明第一实施例提供的基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置的一种结构示意图。图1中，双条虚线表示光传播关系，单条实线表示连接关系。

如图1所示，一种基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置100，包括全漫反射元件110、光学辐射测量仪130，遮光元件120和计算单元140。

全漫反射元件110，用于按照预设角度将太阳光漫反射至光学辐射测量仪130中。

遮光元件120设置于预定位置时能遮挡照射全漫反射元件110的太阳光。

光学辐射测量仪130，用于测量全漫反射元件110，获取含有全漫反射太阳光的第一响应数据，和不含全漫反射太阳光的第二响应数据。

计算单元140，用于计算第一响应数据和第二响应数据的响应差，根据响应差和预先获知的全漫反射太阳光在大气层外的响应数据，得到当前测量路径下光学辐射测量仪130响应谱段的整层大气透过率。

可见，本发明实施例中，利用全漫反射元件110、光学辐射测量仪130、遮光元件120的配合使用，按照预设角度测量，根据光辐射叠加原理，能够得到全漫反射太阳光的响应数据，即响应差；在预先获知全漫反射太阳光在大气层外的响应数据时，通过计算单元140能够计算得到当前测量路径下的整层大气透过率。由于全漫反射元件110能够将太阳光漫反射至光学辐射测量仪130中，并满足光学辐射测量仪130的响应谱段要求，因此得到的大气透过率是光学辐射测量仪130响应谱段的整层大气透过率。因此通过本发明实施例中的装置能够准确获知当前测量路径下光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率，达到了准确获知太阳与测量装置形成的测量路径上，光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率的目的。

本发明实施例中，光学辐射测量仪130包括光度辐射测量仪和红外辐射测量仪等多种用于可见光或者不可见光测量的仪器。

本发明实施例中，当前测量路径为太阳光照射全漫反射元件110的路径。

本发明实施例中，预设角度包括当前测量路径下观测太阳的角度，即观测太阳时的方位角与俯仰角。可以理解为，预设角度表示利用本发明实施例中的装置测量大气透过率时，本发明实施例中的装置与太阳之间的相对位置。

本发明实施例中，在不同场合测量大气透过率时，需要保持预设角度不变，以保证本发明实施例中的装置与太阳的相对位置不变，保证测量大气透过率的标准性与测量条件的统一性。

保持预设角度不变的方法可以是，根据太阳的俯仰角和方位角，调整光学辐射测量仪130的俯仰角和方位角，使每次测量时本发明实施例中的装置与太阳之间的相对位置均一致。

本发明实施例中，全漫反射元件110能够将太阳光漫反射至光学辐射测量仪130中。

全漫反射元件110的漫反射作用可以从两方面理解。一方面，全漫反射元件110的漫反射波段覆盖光学辐射测量仪130的响应波段，能够将光学辐射测量仪130响应波段内的光保持入射光光谱分布漫反射至光学辐射测量仪130中，满足光学辐射测量仪130的响应范围要求。另一方面，全漫反射元件110对照射它的太阳光进行漫反射，对光线有发散作用，使很少一部分太阳光进入光学辐射测量仪130中，避免进入光学辐射测量仪130中的光能量过多，造成光学辐射测量仪130饱和或损坏。

本发明实施例中，通过调节全漫反射元件110的安装角度，能够调节其漫反射太阳光的有效面积，从而使满足光学辐射测量仪130响应的适量的太阳光进入光学辐射测量仪130，避免过量的太阳光进入光学辐射测量仪130，造成仪器损坏或饱和。

当太阳光照射全漫反射元件110时，被全漫反射元件110漫反射进入光学辐射测量仪130中的太阳光为全漫反射太阳光。

当遮光元件120不设置于预定位置时，太阳光照射全漫反射元件110，此时利用光学辐射测量仪130测量全漫反射元件110，获取的第一响应数据含有全漫反射太阳光。

当遮光元件120设置于预定位置时，太阳光不照射全漫反射元件110，此时利用光学辐射测量仪130测量全漫反射元件110，获取的第二响应数据不含有全漫反射太阳光。

本领域技术人员能够知道，含有全漫反射太阳光的第一响应数据具体包括以下光线的数据：

直接进入光学辐射测量仪130镜筒的背景光，通过全漫反射元件110漫反射进入光学辐射测量仪130镜筒的背景光，通过全漫反射元件110漫反射进入光学辐射测量仪130镜筒的太阳光，即全漫反射太阳光。

不含全漫反射太阳光的第二响应数据包括以下光线的数据：

直接进入光学辐射测量仪130镜筒的背景光，通过全漫反射元件110漫反射进入光学辐射测量仪130镜筒的背景光。

因此在计算单元140中，计算第一响应数据和第二响应数据的响应差，根据光辐射叠加原理，第一响应数据和第二响应数据的响应差为全漫反射太阳光的响应数据。

在预先获知全漫反射太阳光在大气层外的响应数据的情况下，根据响应差和全漫反射太阳光在大气层外的响应数据，就能够得到当前测量路径下光学辐射测量仪130响应波段的整层大气透过率。

由于全漫反射元件110的漫反射波段覆盖光学辐射测量仪130的响应波段，因此最终得到的大气透过率为光学辐射测量仪130的响应波段的整层大气透过率。

本发明实施例中，由于光学辐射测量仪130直接测量太阳会引起损坏，因此通过全漫反射元件110将适量的太阳光漫反射进入光学辐射测量仪130中，通过对全漫反射太阳光的测量和计算得到光学辐射测量仪130的响应波段的整层大气透过率。

可见，本发明实施例中，利用全漫反射元件110、光学辐射测量仪130、遮光元件120的配合使用，按照预设角度测量，根据光辐射叠加原理，能够得到全漫反射太阳光的响应数据，即响应差；在预先获知全漫反射太阳光在大气层外的响应数据时，通过计算单元140能够计算得到当前测量路径下的整层大气透过率。由于全漫反射元件110能够将太阳光漫反射至光学辐射测量仪130中，并满足光学辐射测量仪130的响应谱段要求，因此得到的大气透过率是光学辐射测量仪130响应谱段的整层大气透过率。因此通过本发明实施例中的装置能够准确获知当前测量路径下光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率，达到了准确获知太阳与测量装置形成的测量路径上，光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率的目的。

本发明实施例中，可以通过改进长法预先获知全漫反射太阳光在大气层外的响应数据。具体地，在天气晴好稳定的高原地区，利用本发明实施例中的装置连续测量太阳，测量过程中保持预设角度不变，记录第一响应数据和第二响应数据之间的响应差和太阳高度角，并对响应差作观测日面面积修正，利用长法作图，通过曲线外推，获取此预设角度下全漫反射太阳光在大气层外的响应数据。

可以知道，通过改进长法获取全漫反射太阳光在大气层外的响应数据时，改进长法中的预设角度需要和本发明实施例的装置中的预设角度相同，即在获取响应差和大气外的响应数据时，本发明实施例中的装置与太阳之间的相对位置保持不变，从而保持计算得到的大气透过率的准确性与一致性。

图2为本发明第一实施例所提供的基于光学辐射测量仪测量大气透过率的另一种装置结构示意图。如图2所示，一种基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置，还包括：

校正单元150，用于根据当前测量路径下光学辐射测量仪130响应谱段的大气透过率，得到其它路径的光学辐射测量仪130响应谱段的大气透过率的修正系数。

举例而言，在利用图1中的装置测量得到当前测量路径下光学辐射测量仪130响应谱段的大气透过率时，假设得到的数值为60％，还能够同时利用现有技术测量并计算得到相同路径的光学辐射测量仪130响应波段的大气透过率，假设得到的数值为50％，则能够得到修正系数60％/50％为1.2，则能够将利用相同现有技术得到的光学辐射测量仪130的其他路径的大气透过率都乘以1.2作为修正。

以上举例为线性修正法，还能够通过其他方法进行修正。

在利用本发明实施例中的装置修正现有技术获得的大气透过率时，对于不同高度的太阳，在测量时需要保持预设角度不变，以保证测量条件的一致性。

本实施例中，利用校正单元150，能够将本发明实施例得到的大气透过率作为标准数据，对其他方法得到的大气透过率进行修正，解决现有技术得到的大气透过率修正标准和精度检测问题。

进一步地，本发明实施例中，全漫反射元件110通过连接杆与光学辐射测量仪130连接，并且设计定位销等定位部件使全漫反射元件110方便拆卸，以使全漫反射元件110与光学辐射测量仪130的相对位置有较好的重复精度，有利于提高测量的稳定性。

进一步地，本发明实施例中，遮光元件120活动设置于光学辐射测量仪130的镜筒表面，以便遮挡或者允许太阳照射全漫反射元件110。

基于图1图2中的原理，本发明第一实施例还提供了另一种大气透过率测量装置。图3为本发明第一实施例提供的基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置的又一种结构示意及测量原理图。通过图3能够进一步说明本发明第一实施例中的基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置的结构和测量原理。

参考图3可知，本发明实施例提供的大气透过率测量装置包括：11-凸面全漫反射元件，12-连接杆，13-光学辐射测量仪镜筒，14-光学系统轴线，15-太阳光，16-光学系统，17-探测器，18-遮挡板，19-整层大气。

可以理解，全漫反射元件110包括凸面全漫反射元件11，光学辐射测量仪镜筒13、光学系统16、探测器17为光学辐射测量仪130的一部分，遮光元件120包括遮挡板18。

图3中，凸面全漫反射元件11为全漫反射镜面，能够保持光辐射测量仪130响应波段的完整。

凸面全漫反射元件11为小半径凸面全漫反射元件，利用小半径凸面全漫反射元件对光线的发散原理，能够大幅减少太阳光进入光学辐射测量仪镜筒13的能量，满足光学辐射测量仪动态响应范围。

凸面全漫反射元件11可以为镀膜式漫反面。凸面加工成凸凹不平的表面，粗糙度根据光谱范围和镀膜厚度设计，采用与光学辐射测量仪主镜或反射镜相同材料和相同的镀膜，可保证其反射谱段满足光学辐射仪测量仪光谱响应范围的白体要求。凸凹不平设计满足一定的漫反射性能，达到不使太阳成像目的。

凸面全漫反射元件11还可以为材料式漫反面。经测试，某些材料反射光谱能够满足光学辐射测量仪响应范围的白体要求，使用这些材料加工凸面镜，表面可采用凸凹不平设计，也可磨砂处理，满足一定的漫反性能，达到不使太阳成像目的。

凸面全漫反射元件11设置在光学辐射测量仪130的光学镜头前，通过连接杆12与光学辐射测量仪镜筒13连接；遮挡板18活动设置在光学辐射测量仪镜筒13的一侧。

测量时，转动光学辐射测量仪130，使光学系统轴线14与太阳成一指定角度θ，遮挡板18放下，使太阳光15按照预设角度照射凸面全漫反射元件11，凸面全漫反射元件11全漫反射太阳光15进入光学辐射测量仪镜筒13，光学辐射测量仪130读取响应图像数据1，即第一响应数据；利用光辐射叠加原理，在保持背景光辐射不变的前提下，保持光学系统轴线14指向不变，遮挡板18立起，利用遮挡板18遮挡照射凸面全漫反射元件11的太阳光15，光学辐射测量仪130读取响应图像数据2，即第二响应数据；计算响应图像数据1与相应图像数据2的响应差，即为当前测量路径下全漫反射太阳光的响应数据。

可以知道，遮挡板18立起时，即为遮光元件120的预定位置。图3中能够通过设置指定角度θ使得不同测量情况下的预设角度不变。

利用图3中的装置通过改进长法进行测量，得到相同预设角度下，全漫反射太阳光在整层大气层外的总响应数据。整层大气如图3中19所示。

将当前全漫反射太阳光的响应数据与全漫反射太阳光在整层大气层外的总响应数据比较，得到当前测量路径的光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率。整层大气如图3中19所示。

图3中的光学辐射测量仪130测量得到的响应数据可以为整光谱灰度响应数据。

通过图3所示的测量装置以及测量原理，可以节省部分大气透过率测量仪器，结构简单，测量方法简便；可以获取与光学辐射测量仪工作波段一致的大气透过率，不需要事先获取测量仪精确的精确响应曲线；测量数据可作为其它获取大气透过率方法的修正数据。

对应图1、图2、图3中的装置、结构以及测量原理，本发明第二实施例中提供了一种基于光学辐射测量仪测量大气透过率的方法，如图4所示，包括：

步骤410，通过全漫反射元件按照预设角度将太阳光漫反射至光学辐射测量仪中。

步骤420，通过光学辐射测量仪测量全漫反射元件，获得含有全漫反射太阳光的第一响应数据。

步骤430，遮挡照射全漫反射元件的太阳光，通过光学辐射测量仪测量全漫反射元件，获得不含全漫反射太阳光的第二响应数据。

步骤440，计算第一响应数据和第二响应数据的响应差，根据响应差和预先获知的全漫反射太阳光在大气层外的响应数据，得到当前测量路径下光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率。

可见，本发明实施例中，按照预设角度测量，根据光辐射叠加原理，能够得到全漫反射太阳光的响应数据，即响应差；在预先获知全漫反射太阳光在大气层外的响应数据时，能够计算得到当前测量路径下的整层大气透过率。由于全漫反射元件能够将太阳光漫反射至光学辐射测量仪中，并满足光学辐射测量仪的响应谱段要求，因此得到的大气透过率是光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率。因此通过本发明实施例中的装置能够准确获知当前测量路径下光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率，达到了准确获知太阳与测量装置形成的测量路径上，光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率的目的。

能够理解，由于本发明第二实施例提供的方法和本发明第一实施例提供的装置基于相同的测量原理，因此本发明第一实施例中的描述及有益效果同样适用于本发明第二实施例。

图5为本发明第二实施例提供的基于光学辐射测量仪测量大气透过率的方法的另一种流程示意图。如图5所示，一种基于光学辐射测量仪测量大气透过率的方法，还包括：

步骤450，根据当前测量路径下光学辐射测量仪响应谱段的大气透过率，得到其他路径的光学辐射测量仪响应谱段的大气透过率的修正系数。

进一步地，全漫反射元件的漫反射波段覆盖光学辐射测量仪的响应波段。

进一步地，预设角度包括当前测量路径下观测太阳的角度，即观测太阳的方位角和高低角。

进一步地，当前测量路径为太阳照射全漫反射元件的路径。

综上所述，相比于现有技术，本发明实施例中的基于光学辐射测量仪测量大气透过率的装置和方法具有如下有益效果。

本发明实施例中，利用全漫反射元件110、光学辐射测量仪130、遮光元件120的配合使用，按照预设角度测量，根据光辐射叠加原理，能够得到全漫反射太阳光的响应数据，即响应差；在预先获知全漫反射太阳光在大气层外的响应数据时，通过计算单元140能够计算得到当前测量路径下的整层大气透过率。由于全漫反射元件110能够将太阳光漫反射至光学辐射测量仪130中，并满足光学辐射测量仪130的响应谱段要求，因此得到的大气透过率是光学辐射测量仪130响应谱段的整层大气透过率。因此通过本发明实施例中的装置能够准确获知当前测量路径下光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率，达到了准确获知太阳与测量装置形成的测量路径上，光学辐射测量仪响应谱段的整层大气透过率的目的。

本发明实施例中，通过设置全漫反射元件，一方面能够满足光学辐射测量仪的响应范围要求，保证响应波段的完整，另一方面还能够避免进入光学辐射测量仪的太阳光过多，避免光学辐射测量仪饱和或损坏。

本发明实施例中，在不同场合测量大气透过率时，保持预设角度不变，能够保证本发明实施例中的装置与太阳的相对位置不变，从而保证测量大气透过率的标准性与测量条件的统一性。

本发明实施例中，能够将本发明实施例得到的大气透过率作为标准数据，对其他方法得到的大气透过率进行修正，解决现有技术得到的大气透过率修正标准和精度检测问题，准确校正现有技术获得大气透过率。`

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。