真空低背景红外亮度温度校准方法研究

发布时间：2020-08-03 10:12

【摘要】：围绕风云气象卫星红外遥感亮度温度溯源的迫切需求,中国计量科学研究院提出了国产遥感卫星红外亮度温度标准研究方案,建立了真空亮度温度标准装置(VRTSF)和红外遥感亮温标准量值传递体系,保障了我国红外遥感卫星亮度温度的有效溯源。该装置通过高分辨的傅立叶光谱仪和8~14μm光谱响应的红外辐射温度计作为量值传递仪器,以温度范围至190~340 K的变温黑体辐射源作为亮温溯源标准,建立了光谱测量范围为3~1000μm红外遥感亮温标准量值传递体系。本论文系统地介绍了真空亮度温度标准装置的系统结构、工作原理和校准过程。其中,研制一种8~14μm真空红外辐射温度计,可以实现在真空低温环境的亮温测量和传递。在大气和真空条件下分别对190~340 K真空标准黑体辐射源的多个温度点的亮温进行了测量,验证了该温度计在大气和真空下的量值一致性。建立了基于VRSTF的光谱式亮度温度校准理论模型,该模型以傅立叶红外光谱仪作为的量值传递仪器,实现了黑体在8~16μm光谱式亮温测量,并且对XXX黑体进行了亮温校准实验。同时,以8~14μm真空红外辐射温度计作为该波段的量值传递仪器,建立了基于VRSTF的波段式亮度温度校准理论模型,通过190~340 K变温黑体辐射源对其量值进行了修正,完成了风云2号卫星真空定标黑体的亮温校准实验。基于真空低背景航天红外遥感亮度温度的溯源需求,研制了温度范围覆盖180~500 K,用于红外遥感载荷定标的高精度真空黑体辐射源。本文介绍了该黑体辐射源的构造及其控温系统,在真空低背景(液氮冷却)环境下对该黑体进行了性能测试,包括升降温速率、控温稳定性。在大气室温环境下,利用控制环境辐射反射比发射率测量方法测量了黑体空腔发射率和利用红外标准辐射温度计测量空腔底部温度均匀性等主要技术指标。实验结果表明,升温速率为1℃/min下,控制到温度点的稳定时间优于50 min,并且十分钟内的温度稳定性在0.01℃以内;黑体温度设置在20℃、30℃和50℃下空腔发射率的测量结果分别为0.9965、0.9966和0.9963;其黑体底部温度均匀性优于0.03℃。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P407;P412.27
【图文】：

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光谱测量范围为2.5 ~ 100 μm（Mekhontsev et al.，2011），如图1-2所示。为了满足实际定标的需要，设计了可以改变温度的真空实验舱，使量值传递尽量接近于实际工作状况。该项目自2012年启动，预计2015年底完成。其测量方案具有多种功能，可以满足被校黑体的亮度温度溯源和黑体空腔发射率测量，同时还可以满足样品的表面发射率和反射率测量，如图1-3所示。目前美国地球观测系列卫星的定标水平在0.2 ~0.3 ℃的水平，而未来5~10年的目标为0.1 ℃。图 1-2 美国 NIST 红外遥感亮度温度溯源系统框图

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图 1-3 CBS3 系统示意图欧洲在该领域的研究也在持续开展，德国联邦物理技术研究Physikalisch-TechnischeBundesanstalt，PTB）为欧洲局部观察大气辐射亮度（GLORIA）建立了真空低背景亮度温度溯源系统，研制的低背景校准装

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口部直径为20 mm，发射率不低于0.9996，稳定性在0.1 ℃以内（Monte et al.，2013），（Morozova et al.，2008），并且为相应的黑体辐射源提供溯源服务，系统如图1-4所示。其亮度温度传递系统图如图1-5所示，其传递体系与NIST基本一致，只是所选择的固定点黑体和变温黑体的形式和温度范围有所区别而已。2013年6月刚刚完成GLORIA的定标黑体的红外亮度温度溯源工作。

【参考文献】