(3)的标准重量为Ikg/个;所述延长臂（2)装置在 转动组件(4)的旋转台上； 所述中央控制系统(6)由中芯控制器、供电模块，遥控模块和机箱组成。2. 根据权利要求1所述的轻便高光谱地表发射率无损测定装置，其特征在于:所述延长 臂(2)的全长为1.2m，单侧最大伸展臂长为1.0m。3. 根据权利要求1所述的轻便高光谱地表发射率无损测定装置，其特征在于:所述中芯 控制器的主面板配有LED显示屏；中芯控制器的主操作面板外露于机箱上表面。4. 根据权利要求1所述的轻便高光谱地表发射率无损测定装置，其特征在于:所述供电 模块用于对整个中央控制系统(6)及转动组件(4)进行供电，使用的为锂电池组，工作电压 为24V;供电模块通过机箱后侧的充电接口直接进行充电。5. 根据权利要求1所述的轻便高光谱地表发射率无损测定装置，其特征在于:所述遥控 模块是外置的；机箱的前、后两个侧面分别设计有电源开关、转动组件、航空插头以及充电 接口；所述机箱尺寸为20cmX 15cm，重量为Ikg06. 根据权利要求1-5任一项所述的轻便高光谱地表发射率无损测定装置，其特征在于： 所述测定装置的优化测定方法的具体步骤为： a、 准备工作： 首先，针对目标地表摆放热红外光谱仪，然后，放置辅助测量装置并进行角度、转速、运 行模式初始化设置;在放置辅助测量装置时，需满足延长臂(2)的高度恰好位于对应地表的 高度位置，并且三脚支撑架(5)要尽可能的远离热红外光谱仪，以避免对目标地表及附近区 域的破坏，保证测量过程中的环境辐射足够稳定;之后，将参考板放置于参考板托板(1)中， 调整参考板托板(1)的位置，使得参考板位于镜头正下方，并能够充满整个热红外光谱仪测 量视场，避免在之后的测量中对位置进行调整，缩短测量的整体时间；最后，通过中央控制 系统(6)控制旋转台，使其转动90度，切换观测目标，使得热红外光谱仪对准待测的目标地 表，完成准备工作； b、 目标地表离地辐亮度测量： 在完成步骤a中的准备工作后，此时的热红外光谱仪已对准待测目标地表，直接操作热 红外光谱仪进行测量，完成目标地表的离地辐亮度的采集；目标地表离地辐亮度Rw的公式 表示如下：其中，i表示热红外光谱仪的第i个波谱通道；为通道i的目标地表发射率;Ts为目标 地表的温度；为目标地表观测时通道i的环境辐亮度A1(Ts)为地表温度Ts下的通道普 朗克函数;其中，ci = 1.191X IO8W · um4 · sr-1 · m-2，C2 = 1 · 439 X 104μηι · Κ;λ? 为第 i 个波谱 通道对应的等效中心波长； c、 参考板的离地辐亮度测量： 通过中央控制系统(6)远程控制旋转台向步骤a中旋转的反方向转动90度，以满足反向 旋转后，参考板正好位于热红外光谱仪的镜头下方且满足测量视场要求，即完成了参考板 与目标地表的切换，然后，直接操作热红外光谱仪，完成参考板的离地辐亮度采集;参考板 离地辐亮度R g,:的公式表示如下：其中，i表示热红外光谱仪的第i个波谱通道；ερ为通道i的参考板发射率;TgS参考板 的表面温度;Bi (Tg)为参考板温度Tg下的通道普朗克函数；为参考板观测时通道i的环 境辐亮度； d、 环境辐亮度的估算： 当对目标地表与参考板观测的时间间隔较短时，可以近似假设两次观测过程中环境辐 亮度基本没有发生变化，即两次观测的环境辐亮度近似相等，即.因此，通过步骤 c测量得到参考板的离地辐亮度后，利用获取的参考板的发射率和温度Tg，利用公式 (4)，计算得到环境辐亮度.其中，i表示热红外光谱仪的第i个波谱通道；.为目标地表观测时通道i的环境辐亮 度；为参考板观测时通道i的环境辐亮度;Rg, i为参考板的通道离地辐亮度;Tg为参考板 的表面温度;Bi(Tg)为参考板温度Tg下的通道普朗克函数;eg, i为通道i的参考板发射率； 参考板的发射率可在实验室中测量得到，通常取值为^1 = O.04;同时，由于参考板的 发射率很低，表面温度的误差对环境辐亮度估算结果的影响较小，所以可直接通过接触式 测温仪近似得到参考板的表面温度T g; e、 地表发射率的迭代优化算法： i、根据观测的目标辐亮度波谱，通过普朗克函数的反变换，估算各通道的亮度温度，并 选择最大的亮度温度作为目标地表温度的初始估计，同时设置1为地表发射率波谱的初始 估计； ii、 选择800-1250(31^1的光谱范围，作为地表发射率波谱的测定区间，并设置IOcnf1作为 子区间分段大小，等间距划分光谱区间，将光谱范围分为M个子区间； iii、 利用分段线性假设，引入连续性约束限制，减少地表发射率测定过程中未知数个 数，将地表发射率波谱划分为M个子区间后，每个子区间包含若干个波谱通道，即可将地表 发射率波谱分段线性的表示为：其中，采用优化分段线性方法表示后的地表发射率波谱+共由M个子区间的地表发射 率波谱组成，#表示分段后第k个子区间的地表发射率波谱k=l， 2，···，M;<为第k个子区间光谱仪不同通道对应的波长；分别为第k个子区间发射率 谱线的上下边界端点值k=l，2,…，M;则为子区间端点.所对应的波长值； iv、 利用优化分段线性表示的地表发射率波谱及辐射传输方程，估算目标离地辐亮度， 公式如下：I 其中，i表示热红外光谱仪的第i个波谱通道；为估算的通道i的目标地表离地辐亮 度；为采用优化分段线性方法表示的通道i的地表发射率;TS为目标地表温度;B 1(Ts)S 地表温度1下的通道普朗克函数；为通道i的环境辐亮度，通过参考板测得； 对于N个通道的高光谱光谱仪测量数据而言，可以构建N个方程，而未知数个数为M+2 个，即M+1个发射率端点和1个地表温度，只需合理的划分子区间，即可满足N>=M+2,进而 从式(6)中求解目标地表的通道发射率v、 构建代价函数，衡量估算的离地辐亮度与实际测量的离地辐亮度之间的离散程度E， 即：其中，i为位于800-1250011-1光谱范围内热红外光谱仪的第i个通道;N为800-1250011- 1光 谱范围内包含的波谱通道总个数；为估算的通道i的离地辐亮度;RwS实际测量的通 道i的离地辐亮度，即公式(I); E值越小代表地表发射率和地表温度就越接近真实值； vi、 利用构建的代价函数，借助数学上的非线性方程求解方法，如牛顿法，求取代价函 数最小值所对应的地表发射子区间端点值）和地表温度Ts ;k=l，2,…，M; vii、 利用获取的地表发射率子区间端点利用分段线性插值，重新恢复出整条地表 发射率波谱viii、 迭代条件的判断，如果前后两次计算的地表温度差值小于给定的阈值0.1K，或者 迭代次数N到一定的次数N 2 100，则迭代停止;否则，根据获取的地表发射率波谱形状，对于 波谱形状存在明显波动的地方，缩短子区间分段大小，继续细分子区间；对于波谱形状不存 在明显波动的地方，保持原先子区间分段大小不变;采用一种非等间距的光谱区间划分方 式，重复iii-viii的步骤； ix、 在满足步骤viii的迭代终止条件后，将此时得到的地表发射率波谱作为最终值，输 出并保存，完成地表发射率波谱的测定。
【专利摘要】本发明公开一种轻便高光谱地表发射率无损测定装置，它由参考板托板、延长臂、配重砣、转动组件、三角支撑架和中央控制系统组成；转动组件由步进电机和旋转台构成，步进电机设置在旋转台的一侧；转动组件设置在三角支撑架的上端，转动组件用于带动延长臂横向转动；转动组件由中央控制系统进行控制，并通过航空插头与中央控制系统相连接；旋转台的转动精度为0.1°，转动的角度为360°。优化测定方法的步骤为：准备工作、目标地表离地辐亮度测量、参考板的离地辐亮度测量、环境辐亮度的估算、地表发射率的迭代优化算法：本发明可以有效配合高光谱热红外光谱仪在不破坏目标地表的前提下，快速的获取高精度环境辐射，测定精度高，使用效果更好。
【IPC分类】G01J5/00, G01J5/02
【公开号】CN105424196
【申请号】CN201510862743
【发明人】吴骅, 张雨泽, 倪丽, 李召良, 唐伯惠, 唐荣林, 房世峰
【申请人】中国科学院地理科学与资源研究所
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月2日