高温目标短波红外辐射亮度方向性遥感实验研究

论文摘要

地物的电磁辐射方向性研究是多角度遥感的重要内容及难点所在。温度反演方法研究对遥感资源调查、环境监测、灾害预警等具有重要的理论意义和实用价值。对于利用短波红外进行高温目标温度反演而言,其发射率及发射率方向性是制约反演精确的关键因素,这方面研究尚未见报道。本研究在实验室条件下建立了非全视场多角度观测的物理模型,确定光谱仪读数与高温目标的真实辐射亮度的转换关系。其次将燃烧机制竹炭作为小面元高温目标,使用ASD FieldSpec3在暗室条件下对其进行多角度观测。由于只使用一台光谱仪无法同时获取多个角度的观测数据,且以不同角度观测时,高温目标温度发生明显改变。大量实验发现,高温目标的温度变化并非毫无规律,相反,二重指数形式可以高精度地刻画小面元高温目标的辐射亮度随时间变化的规律,据此本文提出一种零度-多角度-零度交替观测的方案,结合自定义的降温模型计算多角度观测的参比辐射亮度0,并提出一个概念-辐射亮度比（多角度辐射亮度/参比辐射亮度0）,用以抵消高温目标降温的影响。研究发现辐射亮度比适用于回归分析,对于高精度拟合波长范围的数据,线性模型和非线性模型的确定系数具有统计学意义,可以说明不同角度的辐射亮度比数据差异的显著性,但对于弱拟合的波长范围的数据,确定系数则无说服力。因此,为了考证数据的差异性,设计了多种克服降温因素的观测方案,并对辐射亮度数据及辐射亮度比数据使用方差分析,用以确定具有方向性的波长范围及显著水平,同时检验辐射亮度比这一概念的合理性。方差分析结果表明,高温目标的辐射亮度L及辐射亮度比在1300nm-2500nm波长范围内的方向性高度显著;曲线拟合结果表明,L=f（t）=(61·exp(（71·t）+(62·exp(（72·t）形式的降温模型可以很好地拟合辐射亮度随时间变化的规律,26个样品的确定系数均大于0.97。余弦函数、傅里叶级数、正态分布概率密度函数在波长1300nm-2500nm范围内等均可实现辐射亮度比随角度变化的高精度拟合。方差分析及回归分析的结果都表明高温目标在1300nm-2500nm波长范围内的方向性高度显著。值得指出的是,本文发现了具有概率意义的对高温目标的辐射亮度比随角度的拟合关系,为进一步研究高温目标辐射的方向性的物理机制提供了数据支持和初步理论探讨基础。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张雪峰

导师: 潘军

关键词: 高温目标,短波红外,辐射亮度比,方向性,多角度遥感

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 吉林大学

分类号: P237

总页数: 54

文件大小: 5130K

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