空间目标温度的地面测量空间目标温度的地面测量.pdf

空间目标温度的地面测量 WANG Guo-qiang,WU Yuan- hao,WANG Jian-li,ZHAO Jin-yu Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033, China 摘 要：空间目标的多波段红外数据可用于目标识别与空间监视等领域。目标的这 些辐射特性可以通过分析相关数据来获得。这些辐射特性包括温度、辐射范围、发 射率、吸收率、反射率和时间趋势。空间目标的红外辐射温度是一个重要的特点， 从这个特点出发可以判断空间目标在轨道中的运行状态。我们采用测量目标的光谱 分布和与普朗克公式对比数据的方法来确定红外辐射温度。为了提高测量的精度， 我们有效地优化了中心波长和中心带宽。我们还使用了一个简单的程序来实现温度 测量。 关键词：温度；波长；带宽 一、引言 温度是空间目标的一个主要的红外特性，我们不仅可以通过测量空间目标的温 度来判断其性质和运行状态，还可以通过测量空间目标的温度来提供升级和检测其 装备使用情况的基站来检测目标。在较低温度（180k—360 K）和距离观测站较远 的情况下，由于空间目标的红外辐射信号模糊不清，衡量空间目标的温度显得非常 困难。目前，通过测量双波长通量并将数据拟合普朗克公式来确定物体温度的测量 方法正成功地运用于高温测量。然而，关于物体的低温测量，尤其是空间目标的低 温测量的报告却是少之又少。在本文中，我们尝试利用优化中心波长（测量空间目 标温度的一个重要指标）的方法来完成温度测量。 空间目标的通量辐射需要在两个窄带中测量得来。我们构建了两个窄波段通 量的比例，然后将这些数据与普朗克公式相拟合以便计算温度。为了确保较高的精 度和较强的抗干扰能力，这是测量温度的一个常用方法。该方法的要点是选择合理 的中心波长和带宽来提高计算精度。 二、优化中心波长和带宽 在本节中，一方面，我们介绍了必要的理论模型来估计物体的温度。另一方面， 我们通过分析目标和系统的特点以及采用的方法来优化波长。 2.1 构建测量温度的数学模型 通过整合系统的特征参数，我们构建了测量空间物体温度的数学模型。然后， 我们分析了温度测量的灵敏度、系统温度的分辨率和测量曲线的直线性来优化中心 波长和带宽。 我们的新型电信号的单波段和比例的双波段如下： (1) 在这里，RSR(λ )是光谱响应度，η 是调节系数，Ap 是目标的投影面积,τ 0 是大 气的渗透系数，τ λ 是光学系统的光谱渗透系数，D 是光学系统的孔径，R 是到观测 目标的距离，V(λ )是检测器输出的单波段电信号。 2.2 中心波长的优化原则 通过综合目标的红外特征、测量系统特性、测量方法特点和目标在大气传输中 的红外辐射特点，我们优化了中心波长和带宽。基本原则如下： ◇1 保持最佳的波长，使目标的辐射强度尽可能大，使两个波段发射率的差异尽可能 小； ◇2 保持最佳的波长，使温度测量的灵敏度和系统温度的分辨率尽可能高； ◇3 保持最佳的波长，使测量曲线的线性特性尽可能好； ◇4 保持最佳的波长，使大气带来的红外辐射影响尽可能小。 2.2.1 波长对温度分辨率的影响 温度分辨率是指系统区分温度差异的能力，它是指用来平衡噪声有效功率的温 度变化的大小，这个变化的大小也会影响红外辐射变化的大小。 分别针对点源和面源目标，我们建构的各自的分辨率模型为如下： (2)