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多通道自校准热红外辐射计的研制和外场应用

谢臣瑜 刘延 谢琳琳 宋健 孙彦东 崔焱 吕彪 郝小鹏

谢臣瑜,刘延,谢琳琳,等. 多通道自校准热红外辐射计的研制和外场应用[J]. 计量科学与技术,2022, 66(4): 80-88 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0671
引用本文: 谢臣瑜,刘延,谢琳琳,等. 多通道自校准热红外辐射计的研制和外场应用[J]. 计量科学与技术,2022, 66(4): 80-88 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0671
XIE Chenyu, LIU Yan, XIE linlin, SONG Jian, SUN Yandong, CUI Yan, LV Biao, HAO Xiaopeng. Development and Field Application of Multi-Channel Self-Calibrating Thermal Infrared Radiometer[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(4): 80-88. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0671
Citation: XIE Chenyu, LIU Yan, XIE linlin, SONG Jian, SUN Yandong, CUI Yan, LV Biao, HAO Xiaopeng. Development and Field Application of Multi-Channel Self-Calibrating Thermal Infrared Radiometer[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(4): 80-88. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0671

多通道自校准热红外辐射计的研制和外场应用

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0671
基金项目: 国家重点研发计划(2018YFB050480302)。
详细信息
    作者简介:

    谢臣瑜(1993-),中国计量科学研究院在站博士后,研究方向:光谱辐射定标、光学精密仪器研制等,邮箱: xiecy@nim.ac.cn

    通讯作者:

    郝小鹏(1980-),中国计量科学研究院研究员,研究方向:红外辐射定标和量值传递方法等,邮箱:haoxp@nim.ac.cn

Development and Field Application of Multi-Channel Self-Calibrating Thermal Infrared Radiometer

  • 摘要: 为更好的满足热红外波段卫星遥感器的外场定标需求,提高外场定标的定标频次、时效性和测量精度,研制了具有自动化观测能力的多通道自校准热红外辐射计,用于测量外场大气下行辐射亮度和地表辐射亮度。介绍了多通道自校准热红外辐射计的结构设计、工作原理和实验室定标,并在此基础上开展了外场实验。以青海省格尔木定标场的观测数据为例,结合场地多通道数据中的温度与发射率分离算法,得到定标场地的真实温度和通道发射率结果,对不确定度进行了评估。数据结果表明,多通道自校准热红外辐射计四个光谱通道获取的通道发射率相对标准偏差最大为0.012,场地温度偏差在0.11 K以内,研制的多通道自校准热红外辐射计能够满足热红外波段外场定标的应用需求,为开展热红外波段遥感器的场地自动化辐射定标的研究奠定了基础。
  • 图  1  MSTIR的结构示意图和通道光谱响应函数

    Figure  1.  The structure diagram of MSTIR and the spectral response functions of fours channels

    图  2  MSTIR内部光路

    Figure  2.  The internal light path of MSTIR

    图  3  MSTIR实验室定标结果

    Figure  3.  Laboratory calibration results of MSTIR

    图  4  MTES算法流程图

    Figure  4.  Procedure of MTES algorithm

    图  5  MSTIR测量地表辐亮度和大气下行辐亮度结果

    Figure  5.  Ground surface and atmospheric downward radiance measured by MSTIR

    图  6  MTES分离算法结果

    Figure  6.  Separation results of MTES algorithm

    表  1  通道辐射亮度与温度之间的转换系数

    Table  1.   Conversion coefficients between radiance and temperature of each channel

    Channel/Coefficientsaibidini
    1334.4921528.8170.9080.984
    263.6881803.5381.9801.063
    340.8921174.5431.1700.99957
    4778.984927.6114.0630.913
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    表  2  通道发射率结果比较

    Table  2.   Comparison of channel emissivity

    Channel Date8.2~9.4 μm10.1~11.1 μm11.8~12.8 μm8.0~13.2 μm
    Sept. 19, 20200.77070.90940.96240.8812
    Relative standard deviation0.0120.00860.0010.007
    Sept. 20, 20200.77540.91600.96930.8797
    Relative standard deviation0.0090.00920.0020.008
    Mean0.77310.91270.96590.8804
    Mean deviation0.00470.00660.00690.0015
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    表  3  MSTIR辐射定标不确定度评估

    Table  3.   Uncertainty analysis of radiometric calibration for MSTIR

    Source of uncertaintySymbolUncertainty typeValue
    Uncertainty of blackbody temperatureu1B0.058%
    Uncertainty of blackbody emissivityu2B0.10%
    Uncertainty of fitting calibration coefficientsu3A0.24%
    Non-linearu4A0.02%
    Instabilityu5A0.42%
    Combined uncertaintyuc0.50%
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-13
  • 录用日期:  2022-01-19
  • 修回日期:  2022-01-10
  • 网络出版日期:  2022-04-22
  • 刊出日期:  2022-06-02

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