第3章目標(biāo)與環(huán)境輻射及其工程計(jì)算

光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

---第三章目標(biāo)與環(huán)境輻射及其工程計(jì)算目標(biāo)與環(huán)境輻射2目標(biāo)與環(huán)境輻射0.000.250.500.751.001.251.501.752.002505007501000125015001750200022502500275030003250350037504000WavelengthnmSpectralIrradianceWm-2nm-1EtrW*m-2*nm-1GlobaltiltW*m-2*nm-1Direct+circumsolarW*m-2*nm-1DirectNormalIrradiance-theamountofsolarradiationfromthedirectionofthesun.ETR-extraterrestrialradiation,alsoknownas"top-of-atmosphere"(TOA)irradiance."GlobalTilt"=spectralradiationfromsolardiskplusskydiffuseanddiffusereflectedfromgroundonsouthfacingsurfacetilted37degfromhorizontal.3目標(biāo)與環(huán)境輻射目標(biāo)與環(huán)境輻射研究與軍事應(yīng)用密切相關(guān)，世界各國進(jìn)行詳細(xì)研究，研究成果嚴(yán)格保密；4目標(biāo)與環(huán)境輻射5目標(biāo)與環(huán)境輻射環(huán)境輻射特性研究也有廣泛的民事用途。6目標(biāo)與環(huán)境輻射日常生活周圍環(huán)境輻射強(qiáng)度（毫希沃特mSv）7目標(biāo)與環(huán)境的光輻射特性：空間特性、光譜特性和時(shí)間特性。目標(biāo)輻射空間特性---高爐熱圖目標(biāo)與環(huán)境輻射8目標(biāo)輻射光譜特性目標(biāo)與環(huán)境輻射9目標(biāo)輻射時(shí)間特性目標(biāo)與環(huán)境輻射10本章內(nèi)容3.1、光輻射與度量3.2、絕對黑體及其基本定律3.3、輻射源及其特性形式分類3.4、點(diǎn)源、小面源、朗伯?dāng)U展源產(chǎn)生的輻照度3.5、目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)3.6、環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性3.7、目標(biāo)輻射的簡化計(jì)算程序11第一節(jié)光輻射與度量1、光輻射及其紅外輻射12第一節(jié)光輻射與度量X-射線的產(chǎn)生13第一節(jié)光輻射與度量電磁波譜14第一節(jié)光輻射與度量二氧化碳?xì)怏w輻射譜一切物體在高于0K的溫度下都會發(fā)射熱輻射。氣體輻射波譜：特征譜線和譜帶15第一節(jié)光輻射與度量原子波譜：線狀光譜16第一節(jié)光輻射與度量分子波譜：帶狀光譜17第一節(jié)光輻射與度量液體波譜：帶狀光譜和連續(xù)光譜18第一節(jié)光輻射與度量固體波譜：帶狀光譜和連續(xù)光譜19第一節(jié)光輻射與度量紅外輻射

電磁波譜中，通常把波長范圍為0.76～1000微米這一波譜區(qū)間稱為紅外波譜區(qū)。其中，又分為近紅外（0.76～3.0微米）、中紅外（3.0～6.0微米）和遠(yuǎn)紅外（6.0～15.0微米）和超遠(yuǎn)紅外（15.0～1000微米）。雖然紅外波譜區(qū)很寬，但由于大氣的吸收，實(shí)際主要有三個(gè)“大氣窗口”可利用：2.0～2.6微米、3.0～5.0微米和遠(yuǎn)紅外的8.0～14.0微米。

20第一節(jié)光輻射與度量紅外輻射“大氣窗口”：2.0～2.6微米、3.0～5.0微米和8.0～14.0微米

紅外輻射和可見光一樣，有直線傳播、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等性質(zhì)。21第一節(jié)光輻射與度量2、光度量和輻射度量輻射度量是一門度量電磁輻射能的科學(xué)技術(shù)，是光電工程技術(shù)的基礎(chǔ)；

歷史上形成兩種度量機(jī)制：光度量制和輻射度量制；光度量制：以人眼或者經(jīng)視見函數(shù)校正過的照度計(jì)作為探測器，是一種主觀定義，形成光度學(xué)；輻射度量制：以無光譜選擇性的真空熱電偶為探測器，是一種能量的客觀的定義。22第一節(jié)光輻射與度量輻射中立體角的定義23第一節(jié)光輻射與度量人眼對可見光的響應(yīng)曲線（可參考課本表3.3）24輻射術(shù)語符號定義量綱輻射能U電磁波所傳遞的能量J輻射通量P輻射功率W輻射通量密度W單位面積所發(fā)出的輻射功率W.cm-2輻射強(qiáng)度J單位立體角內(nèi)的輻射功率W.sr-1輻射亮度N單位投影面積在單位立體角內(nèi)的輻射功率W.sr-1.cm-2輻照度H入射到單位面積的輻射功率W.cm-2光譜輻射通量Pλ特定波長下單位波長間隔的輻射功率W光譜輻射通量密度Wλ特定波長下單位波長間隔由單位面積發(fā)出的輻射功率W.cm-2．μ-1光譜輻射強(qiáng)度Jλ特定波長下單位波長間隔在單位立體角內(nèi)的輻射功率W.sr-1．μ-1光譜輻射亮度Nλ特定波長下單位波長間隔單位投影面積在單位立體角內(nèi)的輻射功率W.sr-1.cm-2．μ-1光譜輻照度Hλ特定波長下單位波長間隔的輻照度W.cm-2．μ-1比輻射率ε同一溫度下輻射源與黑體輻射發(fā)射量之比無輻射吸收率α吸收的輻射功率與入射的輻射功率之比無輻射反射率ρ反射的輻射功率與入射的輻射功率之比無輻射透過率τ透過的輻射功率與入射的輻射功率之比無第一節(jié)光輻射與度量輻射能量單位表25第二節(jié)絕對黑體及其基本定律1、絕對黑體和非黑體

絕對黑體要求比輻射率為1，且與波長無關(guān)，實(shí)際上它只是一個(gè)理想的物理模型，但是我們用人工方法可以制作盡可能接近絕對黑體的輻射源。這種輻射源雖然也約定俗成地稱為黑體，實(shí)質(zhì)上只是黑體模擬器，它已廣泛用于紅外設(shè)備的輻射定標(biāo)。

人造黑體原理26地球黑體輻射---地球可近似視為黑體第二節(jié)絕對黑體及其基本定律27第二節(jié)絕對黑體及其基本定律非黑體是指入射的電磁波部分被吸收，即有反射、透射、向外輻射。基爾霍夫輻射定律指出，在熱平衡狀態(tài)的物體所輻射的能量與吸收率之比與物體本身物性無關(guān)，只與波長和溫度有關(guān)。按照基爾霍夫輻射定律，在一定溫度下，黑體必然是輻射本領(lǐng)最大的物體，非黑體的輻射本領(lǐng)小于黑體。非黑體的輻射28第二節(jié)絕對黑體及其基本定律黑體、灰體和實(shí)際物體輻射率比較29第二節(jié)絕對黑體及其基本定律2、普朗克（MaxPlank）定律普朗克（MaxPlank）

（1858-1947）以波長表示的普朗克公式：以頻率表示的普朗克公式：30第二節(jié)絕對黑體及其基本定律1900年，普朗克發(fā)現(xiàn)經(jīng)典理論的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符合的根本原因在于：經(jīng)典理論的能量是連續(xù)的。

普朗克提出能量子h:h=6.6310-34J.s——普朗克常數(shù)1900年12月14日，在德國物理學(xué)會上演講：“能量不連續(xù)，只能是h的整數(shù)倍。”——這一天定為量子力學(xué)的誕生日。31第二節(jié)絕對黑體及其基本定律3、斯特藩-波爾茲曼定律

在一定溫度下，黑體在單位時(shí)間、單位面積和整個(gè)波長范圍內(nèi)輻射出的能量：

斯特藩-波爾茲曼定律對于實(shí)際物體并不適用。32第二節(jié)絕對黑體及其基本定律4、維恩位移定律維恩位移公式：式中：

公式表明，黑體光譜輻出度峰值對應(yīng)的波長與黑體的溫度成反比。當(dāng)溫度升高，光譜輻射的波長峰值變短，即向短波移動。33第二節(jié)絕對黑體及其基本定律斯特藩-玻爾茲曼定律和維恩位移定律是黑體輻射的基本定律，現(xiàn)代廣泛應(yīng)用于高溫測量、遙感、紅外追蹤等。34第二節(jié)絕對黑體及其基本定律5、朗伯余弦定律

一般說來，輻射源所發(fā)出的輻射能通量，其空間方向的分布很復(fù)雜，這給輻射量的計(jì)算帶來很大的麻煩。但在自然界中存在一類特殊的輻射源，它們的輻射亮度與輻射方向無關(guān)，例如太陽、熒光屏、毛玻璃燈罩、坦克表面等都近似于這類輻射源。人們把這種輻射亮度與輻射方向無關(guān)的輻射源稱為漫輻射源。35第二節(jié)絕對黑體及其基本定律朗伯余弦定律描述了輻射源向半球空間內(nèi)的輻射亮度沿高低角變化的規(guī)律。該定律規(guī)定，若面積元在法線方向的輻射強(qiáng)度為LN，則它在高低角的方向上的輻射強(qiáng)度為：輻射的空間角

36第二節(jié)絕對黑體及其基本定律朗伯余弦定律：即理想反射體單位表面積向空間某方向單位立體角反射（發(fā)射）的輻射亮度與表面法線夾角的余弦成正比。漫反射體的輻射亮度分布遵從朗伯余弦定律，自身發(fā)射的黑體輻射源也遵從朗伯余弦定律，凡輻射亮度遵從朗伯余弦定律的輻射源稱為朗伯輻射源。

37第二節(jié)絕對黑體及其基本定律

朗伯余弦定律還有一種表達(dá)形式，將輻射亮度定義為輻射源的單位投影面積（指面積元在與表示的射線相垂直的方向投影的單位面積）在方向的單位立體角內(nèi)的輻射功率。

則朗伯輻射源的輻射亮度是一個(gè)與方向無關(guān)的常量。這是因?yàn)檩椛湓吹谋碛^面積隨表面法線與觀測方向夾角的余弦而變化。符合此規(guī)律的輻射面稱為朗伯面。對于絕對黑體，朗伯余弦定律極為正確。但在實(shí)際工作和生活中，人們遇到的各種漫輻射源只是近似地遵從朗伯余弦定律，所以朗伯輻射源是個(gè)理想化的概念。38朗伯輻射：雖各方向亮度相同，但輻射強(qiáng)度不同。第二節(jié)絕對黑體及其基本定律39第二節(jié)絕對黑體及其基本定律太陽的亮度等價(jià)平面圓盤朗伯輻射體積雪40第三節(jié)輻射源及其特性形式分類1、輻射源分類

按照輻射源光譜發(fā)射率特性劃分：黑體，灰體，常數(shù)（小于1）選擇性輻射體，是波長的函數(shù)41黑體、灰體和實(shí)際物體輻射率比較第三節(jié)輻射源及其特性形式分類42第三節(jié)輻射源及其特性形式分類按照輻射源相對于紅外系統(tǒng)瞬時(shí)視場張角劃分：點(diǎn)源，對系統(tǒng)張角小于瞬時(shí)視場擴(kuò)展源，對系統(tǒng)張角大于瞬時(shí)視場一般如果輻射源與紅外系統(tǒng)的距離是輻射源尺寸的10倍以上，則可視為點(diǎn)源。點(diǎn)源43第三節(jié)輻射源及其特性形式分類按照輻射源輻射的相干性劃分：相干輻射源，不同位置相位關(guān)系不變非相干輻射源，不同位置相位關(guān)系無關(guān)部分相干輻射源，不同位置相位關(guān)系有些不變，有些無關(guān)激光具有良好的相干性照明光源是非相干的44第三節(jié)輻射源及其特性形式分類按照輻射源表面性質(zhì)劃分：鏡面源，入射角與反射角相等漫射源，即朗伯輻射源毛面反射源，除朗伯輻射源和鏡面源之外的其他反射源45第三節(jié)輻射源及其特性形式分類鏡面球反射漫反射46第三節(jié)輻射源及其特性形式分類按照輻射源發(fā)光機(jī)理劃分：熱輻射，熱力學(xué)溫度不為零且處于熱平衡狀態(tài)的任何物體受激直接躍遷輻射，物質(zhì)原子中的電子受到外來能量的激發(fā)躍遷至高能級，然后直接落入低能級產(chǎn)生輻射受激間接躍遷輻射，即激光47第三節(jié)輻射源及其特性形式分類金星地表熱輻射圖1970年12月15日，前蘇聯(lián)金星7號在金星實(shí)現(xiàn)軟著陸，成功傳回金星表面溫度等數(shù)據(jù)資料。測得金星表面溫度為攝氏447度，氣壓為90個(gè)大氣壓，大氣密度約為地球的100倍。受激直接躍遷輻射光致發(fā)光材料---長效夜光粉又名蓄光粉發(fā)光粉熒光粉儲光粉夜光材料。48第三節(jié)輻射源及其特性形式分類對于點(diǎn)源，如果不考慮大氣的任何影響，則離輻射源距離為R處的輻照度（單位面積的輻射功率）為49第三節(jié)輻射源及其特性形式分類2、輻射源特性形式

表示輻射源特性的形式有四類：總輻射量、光譜輻射量、光子輻射量和輻射量的空間分布形式。

總輻射量，全頻域各個(gè)方向輻射功率的總和。相關(guān)的物理量有輻射能、輻射能密度、輻射出射度、輻射強(qiáng)度、輻射亮度、輻照度、吸收率、反射率、透過率、發(fā)射率等。50第三節(jié)輻射源及其特性形式分類沿290緯線的太陽年總輻射量曲線圖51第三節(jié)輻射源及其特性形式分類光譜輻射量，是波長的函數(shù)，用光譜密度函數(shù)表示。相關(guān)的物理量有光譜輻通量、光譜輻射強(qiáng)度、光譜輻射出射度、光譜輻射亮度、光譜輻射照度等。單色輻射量，足夠小波長間隔波段輻射量，較大的確定的波長范圍52第三節(jié)輻射源及其特性形式分類單色輻射量波段輻射量53第三節(jié)輻射源及其特性形式分類光子輻射量，用每秒接收（或發(fā)射、通過）的光子數(shù)代替輻射能通量定義各輻射量。光子數(shù)光子通量，單位時(shí)間發(fā)射、傳輸或接收的光子數(shù)光子強(qiáng)度，給定方向單位立體角發(fā)射的光子數(shù)光子亮度，給定方向單位投影面積、單位立體角發(fā)射的光子數(shù)光子出射度，單位面積向半球空間發(fā)射的光子通量光子照度，被照表面單位面積接收的光子通量54第三節(jié)輻射源及其特性形式分類輻射量空間分布，輻射強(qiáng)度在空間的分布情況。55第四節(jié)點(diǎn)源、小面源、朗伯?dāng)U展源產(chǎn)生的輻照度1、點(diǎn)源產(chǎn)生的輻照度對于點(diǎn)源，如果不考慮大氣的任何影響，則離輻射源距離為R處的輻照度（單位面積的輻射功率）為56第四節(jié)點(diǎn)源、小面源、朗伯?dāng)U展源產(chǎn)生的輻照度2、小面源產(chǎn)生的輻照度：不忽略輻射源的空間尺寸，但其上強(qiáng)度可認(rèn)為均勻分布。3、朗伯?dāng)U展源產(chǎn)生的輻照度：輻射源的空間尺寸較大，其上強(qiáng)度分布不均勻。57第五節(jié)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)

根據(jù)目標(biāo)與背景的不同，討論四類情況：空間目標(biāo)與深空背景、空中目標(biāo)與天空背景、地面目標(biāo)與地物背景、海面目標(biāo)與海洋背景。1、空間目標(biāo)與深空背景

空間目標(biāo)指100km以上的戰(zhàn)略導(dǎo)彈、衛(wèi)星、空間飛行器、空間站和中繼站。深空背景是輻射溫度大約3.5K的冷背景，對于許多紅外系統(tǒng)，可以忽略不計(jì)。58

戰(zhàn)略導(dǎo)彈（strategicmissile）是指用于打擊戰(zhàn)略目標(biāo)的導(dǎo)彈。它是戰(zhàn)略武器的主要組成部分。通常攜帶核彈頭，戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈射程通常在1000公里以上，用于打擊政治和經(jīng)濟(jì)中心、軍事和工業(yè)基地、核武器庫、交通樞紐等目標(biāo)，以及攔截來襲戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈。戰(zhàn)略核導(dǎo)彈是衡量一個(gè)國家戰(zhàn)略核力量和軍事科學(xué)技術(shù)綜合發(fā)展能力的主要標(biāo)志之一。第五節(jié)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)中國東風(fēng)-4159

白楊—M導(dǎo)彈是俄羅斯聯(lián)邦的超級秘密武器。白楊—M洲際彈道導(dǎo)彈重47噸，長近23米，安裝有固體燃料發(fā)動機(jī)，能以瘋狂的速度拔地而起，可以摧毀1萬公里以外的目標(biāo)。而無論敵人以什么樣的方式攔截，都無法把它擊落，這就是為什么美國人稱“白楊—M導(dǎo)彈”為“瘋子”的原因。美國人承認(rèn)，“白楊—M導(dǎo)彈”大大降低了美國導(dǎo)彈防御系統(tǒng)（TMD）的效果。第五節(jié)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)60

美國和前蘇聯(lián)都發(fā)展了戰(zhàn)略導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星。美國的預(yù)警衛(wèi)星稱為DSP（防御支持計(jì)劃）。位于赤道上空的定點(diǎn)軌道上，利用大的紅外望遠(yuǎn)鏡探測導(dǎo)彈發(fā)射發(fā)出的紅外信號，通過分析這些信號的強(qiáng)度以及與地球冷背景的差別，判別出導(dǎo)彈的型號，并把這些信號送到地面的彈道導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)，計(jì)算出導(dǎo)彈的落點(diǎn)。在導(dǎo)彈發(fā)射后120秒預(yù)報(bào)落點(diǎn)，給前線提供90秒鐘的預(yù)警時(shí)間。第五節(jié)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)61第五節(jié)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)2、空中目標(biāo)與天空背景空間目標(biāo)指高度20～30km以下各種類型飛機(jī)和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈，以及飛機(jī)和導(dǎo)彈釋放的光學(xué)誘餌。天空背景包括地球大氣散射和輻射，也包括云、霧、雨、雪等。空中目標(biāo)通常相對于天空背景在紅外區(qū)域有較強(qiáng)的紅外輻射強(qiáng)度，因此可以利用簡單的點(diǎn)源式的紅外系統(tǒng)對空中目標(biāo)進(jìn)行跟蹤制導(dǎo)。62第五節(jié)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)被動式紅外制導(dǎo)是直接接收目標(biāo)紅外輻射63第五節(jié)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)3、地面目標(biāo)與地物背景

地面目標(biāo)包括坦克、裝甲、車輛、電站、橋梁、機(jī)場、建筑物和發(fā)射場等，主要分為有內(nèi)動力和無內(nèi)動力兩大類。地物背景包括土壤、沙漠、植被、樹林和水體等。一般采用8～12um（或8～14um）紅外成像技術(shù)，白天也可以采用可見光電視制導(dǎo)或可見光圖像處理。64第五節(jié)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)車輛紅外輻射道路識別65第五節(jié)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)4、海面目標(biāo)與海洋背景

海面目標(biāo)包括航空母艦、巡洋艦、驅(qū)逐艦、護(hù)衛(wèi)艦、掃雷艦、獵潛艦、運(yùn)輸艦、軍用快艇和軍用氣墊船等。海洋背景包括海水、天空、海面浮游物等。探測煙囪、動力艙部位，主要采用3～5um紅外點(diǎn)源非成像系統(tǒng)，但夜間艦船溫度低于海水，利用8～12um可以進(jìn)行晝夜探測、識別、跟蹤和制導(dǎo)。66第五節(jié)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)67第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性

環(huán)境光輻射可來自動物、海面、大氣、氣溶膠和星體的自身發(fā)射，也可以來自這些環(huán)境的反射輻射或散射輻射。68第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性69第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性1、天體背景光輻射特性

除了各類星體（恒星和行星）輻射外，深空背景是輻射溫度大約3.5K的冷背景，對于許多紅外系統(tǒng)，可以忽略不計(jì)。1964年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的工程師阿諾·彭齊亞斯(Penzias)和羅伯特·威爾遜(Wilson)架設(shè)了一臺喇叭形狀的天線，用以接受“回聲”衛(wèi)星的信號。他們發(fā)現(xiàn)，在波長為7.35cm的地方一直有一個(gè)各向同性的訊號存在，但與地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)無關(guān)。他們對天線進(jìn)行了徹底檢查，清除了天線上的鴿子窩和鳥糞，然而噪聲仍然存在。70第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性于是他們正式宣布了這個(gè)發(fā)現(xiàn)。緊接著狄克等人在同一雜志上對這個(gè)發(fā)現(xiàn)給出了正確的解釋：即這個(gè)額外的輻射就是宇宙大爆炸之后的微波背景輻射。彭齊亞斯和威爾遜也因發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射而獲得1978年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。71第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性宇宙背景輻射具有高度各向同性72第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性2003年，美國發(fā)射的威爾金森微波各向異性探測器對宇宙微波背景輻射在不同方向上的漲落的測量表明，宇宙的年齡是137±1億年，在宇宙的組成成分中，4%是一般物質(zhì)，23%是暗物質(zhì)，73%是暗能量。宇宙目前的膨脹速度是71公里每秒每百萬秒差距，宇宙空間是近乎于平直的，它經(jīng)歷過暴漲的過程，并且會一直膨脹下去。秒差距：1秒差距約等于3.26光年，或206265天文單位，或30.8568萬億千米。73第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性74第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性2、太陽光輻射特性太陽表面溫度：約5500攝氏度

中心溫度：約2000萬攝氏度每秒損失質(zhì)量：4.670×109kg每年損失質(zhì)量：1.473×1017kg目前質(zhì)量：1.989×1030kg75第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性76第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性3、天空背景光輻射特性

天空的光輻射來自于對太陽光（含星光）散射和大氣的熱輻射。77第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性天空可見光散射晴天，地面上總照度的1/5來自天空，即來自大氣散射的太陽光。夜晚，夜空輻射有黃道光、銀河光、氣輝（大氣發(fā)光）、散射光輝、星光（散射和直射）、銀河外輻射等。黃道光是一些不斷環(huán)繞太陽的塵埃微粒反射太陽的光而成。78第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性天空紅外輻射白天，天空紅外輻射是太陽和地球輻射散射的組合。夜晚，紅外輻射主要為大氣的熱輻射。白天紅外輻射太陽和地球紅外輻射比較79第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性4、海洋背景光輻射特性

海洋的光輻射由海洋本身的熱輻射和它對環(huán)境輻射（如太陽和天空）的反射組成。不論白天還是晚上，4um以上的光輻射都來自海洋的熱輻射。80海面對自然光、垂直偏振光和平行偏振光的反射系數(shù)第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性81海面輻射探測第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性82第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性5、自然輻射源與目標(biāo)輻射源太陽地球所接受到的太陽輻射能量僅為太陽向宇宙空間放射的總輻射能量的二十億分之一，但卻是地球大氣運(yùn)動的主要能量源泉。世界氣象組織1981年公布的太陽常數(shù)值是1368瓦每平方米每秒。地球大氣上界的太陽輻射光譜的99%以上在波長0.15～4.0微米之間。大約40%的太陽輻射能量在可見光譜（波長0.4～0.76微米），10%在紫外光譜區(qū)（波長<0.4微米），50%在紅外光譜區(qū)（波長>0.76微米），最大能量在波長0.475微米處。83第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性84第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性太陽的高度角越小，地球接收的紅外輻射占太陽總輻射能的比例越大。早晚的太陽紅的原因是：地球大氣層阻擋或散射太陽光，早晚太陽光穿過的大氣層比中午厚，而紅光的穿透能力強(qiáng)，早晚時(shí)易穿過大氣層。85第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性86第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性月球、行星、恒星月球和行星的紅外輻射由自身輻射和對太陽輻射的反射組成；恒星自身就是輻射體。由于沒有大氣層阻擋，各種輻射可以直接抵達(dá)月球表面并與月壤相互作用。月球表面物質(zhì)主要受到下列三種輻射源的輻照并反射和吸收，即太陽風(fēng)、太陽耀斑和銀河宇宙射線，太陽風(fēng)是由太陽發(fā)出的連續(xù)的等離子體流。87月球上的復(fù)雜環(huán)境對登月宇航員的生命健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，上圖為1969年美國宇航員在月球上行走。美國國家宇航局的科學(xué)家指出，月球上的輻射、灰塵及低溫是威脅人類探月的三大殺手。第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性88第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性大氣、云、極光輻射通過大氣時(shí)，分別受到大氣中的水汽、二氧化碳、微塵、氧和臭氧以及云滴、霧、冰晶、空氣分子的吸收、反射、折射、散射、衍射等作用，而使投射到大氣上的輻射不能完全透過大氣。正是因?yàn)榇髿鈱椛溆卸喾N作用才使大氣中出現(xiàn)了豐富多彩的大氣光現(xiàn)象。大氣吸收地面長波輻射的同時(shí)，又以輻射的方式向外放射能量。大氣這種向外放射能量的方式，稱為大氣輻射。由于大氣本身的溫度也低，放射的輻射能的波長較長，故也稱為大氣長波輻射。89第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性大氣輻射示意圖90第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性大氣輻射的方向既有向上的，也有向下的。大氣輻射中向下的那一部分，剛好和地面輻射的方向相反，所以稱為大氣逆輻射。大氣逆輻射是地面獲得熱量的重要來源。由于大氣逆輻射的存在，使地面實(shí)際損失的熱量比地面以長波輻射放出的熱量少一些，大氣的這種保溫作用稱為大氣的溫室效應(yīng)。這種大氣的保溫作用使近地表的氣溫提高了約18℃。91第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性大氣輻射對遙感的影響92第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性貴州黎平縣ASTER大氣輻射校正與地形輻射校正前后ASTER3/2/1波段RGB合成圖像93第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性極光（Polarlight，aurora）是由于太陽帶電粒子（太陽風(fēng)）進(jìn)入地球磁場，在地球南北兩極附近地區(qū)的高空，夜間出現(xiàn)的燦爛美麗的光輝。在南極稱為南極光，在北極稱為北極光。94第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性地面和水面地球表面在吸收太陽輻射的同時(shí)，又將其中的大部分能量以輻射的方式傳送給大氣。地表面這種以其本身的熱量日夜不停地向外放射輻射的方式，稱為地面輻射。地面輻射和太陽、大氣輻射緊密相關(guān)。95第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性由于地表溫度比太陽低得多(地表面平均溫度約為300K)，因而，地面輻射的主要能量集中在1～30微米之間，其最大輻射的平均波長為10微米，屬紅外區(qū)間，與太陽短波輻射相比，稱為地面長波輻射。幾種巖石的反射波譜曲線

96第六節(jié)環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性地面的輻射能力，主要決定于地面本身的溫度。由于輻射能力隨輻射體溫度的增高而增強(qiáng)，所以，白天，地面溫度較高，地面輻射較強(qiáng)；夜間，地面溫度較低，地面輻射較弱。地面的輻射是長波輻射，除部分透過大氣奔向宇宙外，大部分被大氣中水汽和二氧化碳所吸收，其中水汽對長波輻射的吸收更為顯著。因