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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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  • [1] 卢乃锰, 丁雷, 郑小兵, 等. 中国空间辐射测量基准技术[J]. 遥感学报, 2020, 24(6): 672-680.
    [2] 宋健, 郝小鹏, 常稼强, 等. 长波辐射表校准装置研制[J]. 计量科学与技术, 2020(8): 8-13,7. doi: 10.3969/j.issn.1000-0771.2020.08.02
    [3] 李传荣, 马灵玲, 唐伶俐, 等. 面向定量遥感的高分辨遥感综合定标场及其应用[J]. 遥感学报, 2021, 25(1): 198-219.
    [4] 胡朝云, 郝小鹏, 宋健, 等. 红外高光谱大气探测仪星载固定点黑体辐射源的研制[J]. 计量学报, 2019, 40(2): 232-239.
    [5] 刘裕盛, 蔡静. 改进型封装固定点黑体在辐射测温中的应用[J]. 计量学报, 2021, 42(9): 1149-1154. doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2021.09.05
    [6] 常稼强, 郝小鹏, 吕彪, 等. 自校准地表/水表面红外辐射测温仪的研制[J]. 计量学报, 2019, 40(2): 240-245.
    [7] 张勇, 李元, 戎志国. 中国遥感卫星辐射校正场陆表热红外发射率光谱野外测量[J]. 光谱学与光谱分析, 2009, 29(5): 1213-1217. doi: 10.3964/j.issn.1000-0593(2009)05-1213-05
    [8] 吴骅, 李秀娟, 李召良, 等. 高光谱热红外遥感: 现状与展望[J]. 遥感学报, 2021, 25(8): 1567-1590.
    [9] 李召良, 段四波, 唐伯惠, 等. 热红外地表温度遥感反演方法研究进展[J]. 遥感学报, 2016, 20(5): 899-920.
    [10] 张允祥, 李新, 韦玮, 等. 基于多通道温度与发射率分离算法的敦煌场地红外特性研究[J]. 光学学报, 2019, 39(10): 1028003.
    [11] 朱金顺, 任华忠, 叶昕, 等. 热红外遥感地表温度与发射率地面验证进展[J]. 遥感学报, 2021, 25(8): 1538-1566.
    [12] 杨雪, 柏成玉, 王景辉, 等. 耳温计检定校准用黑体空腔有效发射率比较与亮度温度比对实验[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(9): 40-43. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2020.0105
    [13] 潘奕捷, 原遵东, 陆启迪, 等. 黑体辐射源HT-9500的空腔温场测量[J]. 计量技术, 2018(4): 10-13.
    [14] Zhang Yong, Li Zheng Long, Li Jun. Comparisons of emissivity observations from satellites and the ground at the CRCS Dunhuang Gobi site[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2014, 119(22): 13026-13041.
    [15] Mira M, Schmugge T J, Valor E, et al. Comparison of thermal infrared emissivities retrieved with the two-lid box and the TES methods with laboratory spectra[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2009, 47(4): 1012-1021. doi: 10.1109/TGRS.2008.2008901
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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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