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基于天基定量实测数据的月球长波红外辐射特性研究

马岩 张帅 刘元 马驰

马岩, 张帅, 刘元, 马驰. 基于天基定量实测数据的月球长波红外辐射特性研究[J]. 中国光学(中英文), 2022, 15(3): 525-533. doi: 10.37188/CO.2021-0202
引用本文: 马岩, 张帅, 刘元, 马驰. 基于天基定量实测数据的月球长波红外辐射特性研究[J]. 中国光学(中英文), 2022, 15(3): 525-533. doi: 10.37188/CO.2021-0202
MA Yan, ZHANG Shuai, LIU Yuan, MA Chi. Lunar long-wave infrared radiation characteristics based on space-based quantitative measured data[J]. Chinese Optics, 2022, 15(3): 525-533. doi: 10.37188/CO.2021-0202
Citation: MA Yan, ZHANG Shuai, LIU Yuan, MA Chi. Lunar long-wave infrared radiation characteristics based on space-based quantitative measured data[J]. Chinese Optics, 2022, 15(3): 525-533. doi: 10.37188/CO.2021-0202

基于天基定量实测数据的月球长波红外辐射特性研究

doi: 10.37188/CO.2021-0202
基金项目: 国家自然科学基金重大项目重点课题(No. 61890965)
详细信息
    作者简介:

    马 岩(1977—),男,山东菏泽人,硕士,北京跟踪与通信技术研究所研究员。研究方向为光电信息处理与分析、目标特性识别、数据计算技术,E-mail:Mayan888@sina.com

    张 帅(1992—),男,山西吕梁人,博士,北京跟踪与通信技术研究所助理研究员。研究方向为目标特征提取与识别、光电信息处理。E-mail:zhangshuaioec@163.com

  • 中图分类号: O432.2; TP732.2

Lunar long-wave infrared radiation characteristics based on space-based quantitative measured data

Funds: Supported by the Key Subject of National Natural Science Fund Major Project of China (No. 61890965)
More Information
  • 摘要: 月球是理想的在轨辐射定标源,为提高卫星等在轨航空器的长波红外辐射测量精度,本文开展了月球长波红外辐射特性研究。通过分析月球辐射来源类型、辐射探测机理和建立辐射探测模型,探寻点目标/圆盘目标模式下月球的长波红外辐射规律,并依据天基实测数据计算其定标应用精度。首先,从月球自身辐射和反射太阳辐射两方面研究月球辐射,精确拟合月表温度,建立月球红外辐射模型,仿真两部分天基卫星辐射探测结果与月相角的数学关系;其次,对卫星红外载荷进行地面辐射定标,获得图像灰度-辐照度之间转换的关键参数,进而建立了月球长波红外辐射探测模型;最后,通过“吉林一号”对月拍摄实测数据,反演计算了探测模型中月表的反射率和发射率。实验结果表明:本文所得的月表长波红外辐射特性结果准确、鲁棒性高,与Apollo 12070实验室测量结果、Diviner实测数据拟合结果相比,月球发射率和反射率的误差分别约为7.18%和5.71%。

     

  • 图 1  (a)月表阳面和(b)月表阴面温度仿真结果

    Figure 1.  Simulation results of the temperatures on the (a) sunny and (b) shady sides of the lunar surface

    图 2  相机的辐射-灰度定标结果

    Figure 2.  Radiometric gray-scale calibration results of camera

    图 3  “吉林一号”卫星和MODIS对青海湖局部拍摄缩略图

    Figure 3.  Partial thumbnails of Qinghai Lake taken by “Jilin-1” satellite and MODIS

    图 4  (a)“吉林一号”长波红外探测器模型及(b)其拍摄的月球图片

    Figure 4.  (a)Simulation model of long-wave infrared detector of “Jilin-1” satellite and(b) lunar long-wave image captured by “Jilin-1” satellite

    图 5  “吉林一号”接收月球自身辐照度与月相角关系的仿真结果

    Figure 5.  The simulation results for the relationship between the lunar’s own irradiance received by the “Jilin-1” satellite and lunar phase angle

    图 6  “吉林一号”接收月球反射太阳辐照度与月相角关系的仿真结果

    Figure 6.  The simulation results for the relationship between the reflected solar irradiance received by the “Jilin-1” satellite and lunar phase angle

    图 7  月球等效点目标长波红外发射率和反射率

    Figure 7.  Long-wave infrared emissivity and reflectivity of lunar equivalent point target

    表  1  “吉林一号”长波红外相机的主要参数

    Table  1.   Main parameters of the long-wave infrared camera of “Jilin-1” satellite

    波段/μm焦距/mm相对孔径分辨率视场角/(°)帧频/(frame·s−1)像元尺寸/μmNETD/mK
    8-12.5601.17640×51213.37.4917≤50
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    表  2  “吉林一号”对月拍摄信息参数

    Table  2.   Information parameters of Moon captured by the “Jilin-1” satellite

    次序观测相位角(°)拍摄时间(北京时间)日-月距离(km)卫星-月距离(km)
    15.722020年4月8日7:43:23150155484.4350339.7
    28.272020年3月9日6:39:14148890326.3351319.3
    39.312020年3月10日14:28:26148927699.1350427.7
    412.382020年4月7日7:54:26150106457.9350231.5
    518.042020年4月9日7:32:23150185032.4352748.4
    621.362020年3月8日6:50:16148834109.5354435.4
    722.752020年3月11日6:17:15148946142.6351837.0
    824.352020年4月6日11:15:29150048417.8352037.6
    931.792020年4月10日7:21:23150196149.6357210.6
    1035.912020年3月7日5:25:19148754960.4359974.6
    1138.342020年4月5日11:25:29149964953.0356162.6
    1245.332020年4月11日7:11:23150191076.5363431.2
    1352.862020年4月4日10:01:29149859532.7362171.6
    1458.382020年4月12日7:00:23150172914.8370550.0
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    表  3  “吉林一号”长波辐射实测反演结果

    Table  3.   Measured inversion results of the long-wave radiance from the “Jilin-1” satellite

    次序观测相位角/(°)长波红外辐射照度实测反演结果/(W·s−2)
    15.720.00493332
    28.270.00492300
    39.310.00487956
    412.380.00470402
    518.040.00449120
    621.360.00441650
    722.750.00438659
    824.350.00418648
    931.790.00387823
    1035.910.00371954
    1138.340.00350546
    1245.330.00317342
    1352.860.00273809
    1458.380.00493332
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-21
  • 修回日期:  2021-12-16
  • 网络出版日期:  2022-04-12
  • 刊出日期:  2022-05-20

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