留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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

downloadPDF
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]. , 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]. , 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/μm NETD/mK
    8-12.5 60 1.17 640×512 13.3 7.49 17 ≤50
    下载: 导出CSV

    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)
    1 5.72 2020年4月8日7:43:23 150155484.4 350339.7
    2 8.27 2020年3月9日6:39:14 148890326.3 351319.3
    3 9.31 2020年3月10日14:28:26 148927699.1 350427.7
    4 12.38 2020年4月7日7:54:26 150106457.9 350231.5
    5 18.04 2020年4月9日7:32:23 150185032.4 352748.4
    6 21.36 2020年3月8日6:50:16 148834109.5 354435.4
    7 22.75 2020年3月11日6:17:15 148946142.6 351837.0
    8 24.35 2020年4月6日11:15:29 150048417.8 352037.6
    9 31.79 2020年4月10日7:21:23 150196149.6 357210.6
    10 35.91 2020年3月7日5:25:19 148754960.4 359974.6
    11 38.34 2020年4月5日11:25:29 149964953.0 356162.6
    12 45.33 2020年4月11日7:11:23 150191076.5 363431.2
    13 52.86 2020年4月4日10:01:29 149859532.7 362171.6
    14 58.38 2020年4月12日7:00:23 150172914.8 370550.0
    下载: 导出CSV

    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)
    1 5.72 0.00493332
    2 8.27 0.00492300
    3 9.31 0.00487956
    4 12.38 0.00470402
    5 18.04 0.00449120
    6 21.36 0.00441650
    7 22.75 0.00438659
    8 24.35 0.00418648
    9 31.79 0.00387823
    10 35.91 0.00371954
    11 38.34 0.00350546
    12 45.33 0.00317342
    13 52.86 0.00273809
    14 58.38 0.00493332
    下载: 导出CSV
  • [1] 朱军, 李永昌, 白照广, 等. 低轨高分辨率遥感卫星姿态机动对月定标方法[J]. 光学 精密工程,2020,28(9):1913-1923.doi:10.37188/OPE.20202809.1913

    ZHU J, LI Y CH, BAI ZH G,et al. Lunar calibration method through attitude maneuver of low-earth-orbit and high-resolution remote sensing satellites[J].Optics and Precision Engineering, 2020, 28(9): 1913-1923. (in Chinese)doi:10.37188/OPE.20202809.1913
    [2] NODA H, ARAKI H, GOOSSENS S,et al. Illumination conditions at the lunar polar regions by KAGUYA(SELENE) laser altimeter[J].Geophysical Research Letters, 2008, 35(24): L24203.doi:10.1029/2008GL035692
    [3] BUSSEY D B J, MCGOVERN J A, SPUDIS P D,et al. Illumination conditions of the south pole of the Moon derived using Kaguya topography[J].Icarus, 2010, 208(2): 558-564.doi:10.1016/j.icarus.2010.03.028
    [4] KIEFFER H H. Photometric stability of the lunar surface[J].Icarus, 1997, 130(2): 323-327.doi:10.1006/icar.1997.5822
    [5] EPLEE R E JR, SUN J Q, MEISTER G,et al. Cross calibration of SeaWiFS and MODIS using on-orbit observations of the Moon[J].Applied Optics, 2011, 50(2): 120-133.doi:10.1364/AO.50.000120
    [6] EPLEE R E JR, BARNES R A, PATT F S,et al. SeaWiFS lunar calibration methodology after six years on orbit[J].Proceedings of SPIE, 2004, 5542: 1-13.doi:10.1117/12.556408
    [7] 吴荣华, 张鹏, 杨忠东, 等. 基于月球反射的遥感器定标跟踪监测[J]. 遥感学报,2016,20(2):278-289.

    WU R H, ZHANG P, YANG ZH D,et al. Monitor radiance calibration of the remote sensing instrument with reflected lunar irradiance[J].Journal of Remote Sensing, 2016, 20(2): 278-289. (in Chinese)
    [8] 张璐, 张鹏, 胡秀清, 等. 月球辐射照度模型比对及地基对月观测验证[J]. 遥感学报,2017,21(6):864-870.

    ZHANG L, ZHANG P, HU X Q,et al. Comparison of lunar irradiance models and validation of lunar observation on Earth[J].Journal of Remote Sensing, 2017, 21(6): 864-870. (in Chinese)
    [9] LEBLANC F, CHAUFRAY J Y. Mercury and moon he exospheres: analysis and modeling[J].Icarus, 2011, 216(2): 551-559.doi:10.1016/j.icarus.2011.09.028
    [10] HURLEY D M, SARANTOS M, GRAVA C,et al. An analytic function of lunar surface temperature for exospheric modeling[J].Icarus, 2015, 255: 159-163.doi:10.1016/j.icarus.2014.08.043
    [11] MEEUS J.Astronomical Algorithms[M]. Richmond: Willmann-Bell, 2005.
    [12] 路鹏, 陈圣波, 崔腾飞, 等. 月球表面矿物二向性反射特性实验研究[J]. 岩石学报,2016,32(1):107-112.

    LU P, CHEN SH B, CUI T F,et al. Experimental study on bidirectional reflectance characteristics of minerals on lunar surface[J].Acta Petrologica Sinica, 2016, 32(1): 107-112. (in Chinese)
    [13] 高帅, 李元, 白廷柱, 等. 交叉定标中的不确定度分析及定标系数计算改进[J]. 中国光学,2020,13(3):568-576.

    GAO SH, LI Y, BAI T ZH,et al. Uncertainty analysis in cross-calibration and optimization calculation of calibration coefficients[J].Chinese Optics, 2020, 13(3): 568-576. (in Chinese)
    [14] 李元, 张勇, 胡丽琴, 等. 中国遥感卫星辐射校正场敦煌戈壁场区光环境变化研究[J]. 中国光学,2021,14(5):1231-1242.doi:10.37188/CO.2020-0129

    LI Y, ZHANG Y, HU L Q,et al. Investigation of optical environment changes in the Dunhuang Gobi site of the Chinese radiometric calibration sites[J].Chinese Optics, 2021, 14(5): 1231-1242. (in Chinese)doi:10.37188/CO.2020-0129
    [15] 刘群, 刘崇, 朱小磊, 等. 星载海洋 雷达最佳工作波长分析[J]. 中国光学,2021,13(1):148-155.

    LIU Q, LIU CH, ZHU X L,et al. Analysis of the optimal operating wavelength of spaceborne oceanic lidar[J].Chinese Optics, 2021, 13(1): 148-155. (in Chinese)
    [16] 牛明慧. 光学遥感仪器月球定标技术研究[D]. 上海: 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2018: 54-58.

    NIU M H.Research on the lunar calibration technologies of optical remote sensing radiometers[D]. Shanghai: University of Chinese Academy of Sciences (Shanghai Institute of Technical Physics of the Chinese Academy of Sciences), 2018: 54-58. (in Chinese)
    [17] REN H ZH, NIE J, DONG J J,et al. Lunar surface temperature and emissivity retrieval from diviner lunar radiometer experiment sensor[J].Earth and Space Science, 2021, 8(1): e2020EA001436.
  • 加载中
图(7)/ 表(3)
计量
  • 文章访问数:468
  • HTML全文浏览量:188
  • PDF下载量:120
  • 被引次数:0
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

目录

    /

      返回文章
      返回
        Baidu
        map