光初始辐射强度定标方法、装置以及系统的制作方法_2

文档序号:9248147阅读:来源:国知局
种光初始福射强度定标方法,W降低测量要求,可W 在短时间内完成测量,降低测量的误差,提高测量的可实施性。该方法可W应用于太阳福射 计、恒星光度计等对光的初始福射强度进行定标的装置中。
[0039] 参见图1所示,本申请实施例所提供的光初始福射强度定标方法包括:
[0040] SlOl;获取测量时刻日地距离修正因子、相对大气质量,W及,相对大气质量在至 少一个测量区间内通过测量仪器输出的给定波长的光的电压值,每个测量区间的电压值均 有多个;所述相对大气质量在所述测量区间的最大值和最小值相差最多为2 ;
[0041] 在具体实现的时候,由于地球绕太阳旋转的轨道、地球自转的轨道均是已经公知 的现有技术,因此测量时刻日地距离修正因子的获取方法,可W通过当前测量时间(测量 时刻)、测量地点的经绅度经计算公式计算获得。一般情况下,在根据测量时间W及测量地 点的经绅度经公式进行计算的时候,测量时刻日地距离修正因子R满足公式(1):
[0042] R= (rm/r)2 (1)
[00创其中,r。;日地平均距离;r;测量时实际的日地距离。r。是一个公知的定值,而r则 要根据测量所在地点的高度、经绅度、太阳距离地球的最短距离、在测量的时候太阳天顶角 等值进行计算。
[0044] 给定波长的大气垂直方向总光学厚度在测量的时候,应当是一个定值,该就要求 在测量的时间内,大气具有较高的稳定度,但是大气在每时每刻都是在不断变化的,因此造 成了给定波长的大气垂直方向总光学厚度会随着大气层的不断变化、地球的自转、公转等 出现一定的变化,因此如果测量的时间较久,则会造成最终的测量结果越不准确。因此,在 本申请中,所述相对大气质量在所述测量区间的最大值和最小值相差最多为2 ;即在每一 个测量区间内,最大的大气质量和最小的大气质量之差最多为2,例如可W将将测量的相对 大气质量设为1~2、2~3、3~4、4~5、中至少一个,或者1~3、3~5、5~7中至少一 个,从而减小相对大气质量的测量区间,而相对大气质量的测量区间越小,测量所需要的时 间也就越短,时间越短,大气的稳定度相对而言就越高,而在越短的时间内,大气保持稳定 的状态也就越容易达成。例如,在测量的时候,选择相对大气质量为1~2进行测量,而相 对大气质量1~2的时间一般只会持续半个小时左右,在半个小时左右的时间内,进行多次 测量,相当于是在相对于现有技术更短的时间内,获得更加密集的测量数据,误差小,且测 量条件更容易到达。优选地,在每一个测量区间内,测量的次数最少应当为3,即在每一个测 量区间内,通过测量仪器所获取的电压值应当至少有3个,优选地,可W测量5次。
[0045] 考虑到在一个测量区间内,测量所得的电压值可能会存在误差,从而影响标定的 结果,因此可W考虑在多个测量区间进行测量(至少两个),在每一个测量区间均测量多 次,而每一个测量区间均可W在后续的过程中获得一个定标电压值,对在每一个测量区间 所获得的定标电压值取平均数,作为最终的标定结果,该样,可W减小误差,提高标定的准 确率。
[0046] 本申请所提供的光初始福射强度定标方法,在获取如上述的各个参数(测量时刻 日地距离修正因子、相对大气质量,W及相对大气质量在至少一个测量区间内通过测量仪 器输出的给定波长的光的电压值)后,还包括:
[0047] S102 ;将与测量仪器所输出的电压值相对应的相对大气质量做倒数变换;
[0048] 在具体实现的时候,由于测量仪器每输出一个电压值V,该电压值会对应一个具体 的相对大气质量m,该大气质量做倒数变换,由于在SlOl中,是要针对至少一个相对大气质 量的区间做多次测量,即在如果在一个测量区间内,测量次数均为5次的时候,则可W得到 5个测量仪器所输出的电压值,每一个电压值均对应有一个相对大气质量m,对相对大气质 量m做倒数变换,得到1/m,相当于提高相对大气质量m的分辨率,有效缩短定标时间。
[0049] S103 ;根据Beer-Lambed定律、测量仪器所输出的给定波长的光的电压值、做倒 数变换后的相对大气质量、测量时刻日地距离修正因子,利用最小二乘回归算法计算在每 个测量区间内的定标电压值。
[0化日]在具体实现的时候,根据Beer-Lambed定律,在地面测得的给定波长A的光直射 福射度E(A)满足公式(2);
[0051 ]E(入)=E〇 (入)exp(-m(日)?T(入))?Tg 似
[005引在公式(1)中,Eu(A)是在一个天文单位(AU)距离上的大气上届波长入处的太阳 直射光谱福照度,即最终要测量得到的结果,而R是测量时刻的日地距离修正因子,m( 0 ) 是相对大气质量(又称大气质量数),0为观测时刻太阳天顶角;T(A)是给定波长A处 大气垂直方向总光学厚度;Tg为吸收气体透过率,实际测量时,一般测量仪器的测量波长 均选在气体分子吸收可W忽略的波长,即所有Tg= 1。
[0053] 在测量仪器中,太阳直射福射数据的测量结果表现为测量仪器所输出的电压,测 量电压与入射的光谱福照度成正比关系或者线性关系,因此,当利用测量仪器所输出的电 压V(A)代表太阳直射福照度E(A)时,上述公式似可W表示为公式(3);
[0054] V(入)=Vg(入).R.exp(_m(白).T(入)) 做
[005引公式做中Vo(A)是测量仪器对应公式似中大气外界Eu(A)的响应电压值,为 仪器的定标数据,即本申请定标时需要获得的数据,V(A)是相对大气质量在至少一个测量 区间通过测量仪器输出的给定波长A的光的电压值。
[0化6] 现有的Langley定标法是对上述公式(3)进行对数变换后,表示为公式(4); [0057]InV(入)=InVq(入)+InR-m(目)?T(A) (4)
[0化引 由于要获得的定标数据为V。(A),其在理论上应该是一个定值,而V(A)是通过测 量仪器获得的电压值,而R是可W经过计算获得的,m( 0 )是测量的时候根据观测时刻太阳 天顶角0W及其他已知数据,经计算可W得到,对应于方程Y=Ax+B,即y=InV,X=m, A= -T,B=lnV0+lnR,通过巧幢仪器可W获得不同相对大气质量m下的V值,按照线性拟 合,可W将该方程表现成一条在坐标系中的直线,X、y之间成线性关系,A为该直线的斜率 (即T为反斜率),而该之间与y轴的交点,即为m= 0时的B值,此时B值即为最终定标 的标定值V。。但是该种定标方法中,由于m( 0 )取值范围一般是1~7,需要的观测时间一 般为6~7个小时,因此持续的时间久,观测条件较难达到。
[0化9] 而在本申请中,则是W进行倒数变换后的1/m为自变量,进行最终的变换,因此, 在本申请中,定标电压值V。满足公式(4);
[0060]
(4 )
[006U其中;V(A);通过测量仪器输出的给定波长A的光的电压值,该值由测量仪器给 出;V0a);给定波长A的光的定标电压值,该值作为未知量,为最终获得的标定电压值, 可W利用利用最小二乘回归算法经计算获得;R;测量时刻日地距离修正因子,该值通过上 述SlOl获得;T(A);给定波长A处大气垂直方向总光学厚度,该值可W作为一个未知 量,通过利用最小二乘回归算法计算得到;m( 0 );相对大气质量,该值为一个变量,可W观 测获得;e:观测时刻太阳天顶角,该值可W在观测时由测量仪器直接获得。
[0062] 从上述描述可W获知,由于在每一个相对大气质量的测量区间内,测量仪器均会 测量多次,从而输出多个电压值,每一个电压值均相对应有一个相对大气质量m( 0 ),例如, 测量N次,就能够根据公式(4)获得N个等式,然后根据该N个等式,利用最小二乘回归算 法,能够直接计算出误差最小的V。(入)。
[0063] 本申请所提供的光初始福射强度定标方法,在通过获取测量时刻日地距离修正因 子、相对大气质量W及相对大气质量在至少一个测量区间通过测量仪器输出的给定波长的 光的电压值,而所述相对大气质量在所述测量区间的最大值和最小值相差最多为2;在每 个测量区间内,均会测得多个电压值,该相当于是在更小的相对大气质量区间内进行测量, 而相对大气质量的区间远小于现有技术中的1~7,测量时,半个小时左右便可W完成一个 测量区间内的测量,而在半个小时左右的时间内,大气相对于6~7个小时更加的稳定,且 测量的时间短,更好达到测量的环境要求。另外将与测量仪器所输出的电压值相对应的相 对大气质量做倒数变换,相当于是在较短的时间内进行加密测量(增加测量的密度),在确 保了拟合数据量的前提下,最终能够给出定标结果,更具有实用性。
[0064] 本发明又一实施例提供了一种光初始福射强度定标装置,该装置设置在光福射测 量仪器上,参见图2所示,包括:
[00化]数据获
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