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(guó)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?chē)h(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(duì)黑體及其基本定律3.3、輻射源及其特性形式分類(lèi)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(lèi)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(jiǎn)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(xiàn)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(huì)發(fā)射熱輻射。氣體輻射波譜：特征譜線(xiàn)和譜帶15第一節(jié)光輻射與度量原子波譜：線(xiàn)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(zhǎng)范圍為0.76～1000微米這一波譜區(qū)間稱(chēng)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(jiàn)光一樣，有直線(xiàn)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(mén)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(jiàn)函數(shù)校正過(guò)的照度計(jì)作為探測(cè)器，是一種主觀定義，形成光度學(xué)；輻射度量制：以無(wú)光譜選擇性的真空熱電偶為探測(cè)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(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)曲線(xiàn)（可參考課本表3.3）24輻射術(shù)語(yǔ)符號(hào)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(zhǎng)下單位波長(zhǎng)間隔的輻射功率W光譜輻射通量密度Wλ特定波長(zhǎng)下單位波長(zhǎng)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(zhǎng)下單位波長(zhǎng)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(zhǎng)下單位波長(zhǎng)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(zhǎng)下單位波長(zhǎng)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(wú)輻射吸收率α吸收的輻射功率與入射的輻射功率之比無(wú)輻射反射率ρ反射的輻射功率與入射的輻射功率之比無(wú)輻射透過(guò)率τ透過(guò)的輻射功率與入射的輻射功率之比無(wú)第一節(jié)光輻射與度量輻射能量單位表25第二節(jié)絕對(duì)黑體及其基本定律1、絕對(duì)黑體和非黑體

絕對(duì)黑體要求比輻射率為1，且與波長(zhǎng)無(wú)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(duì)黑體的輻射源。這種輻射源雖然也約定俗成地稱(chēng)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(duì)黑體及其基本定律27第二節(jié)絕對(duì)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?；鶢柣舴蜉椛涠芍赋?，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(wú)關(guān)，只與波長(zhǎng)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(duì)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(duì)黑體及其基本定律2、普朗克（MaxPlank）定律普朗克（MaxPlank）

（1858-1947）以波長(zhǎng)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(duì)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(guó)物理學(xué)會(huì)上演講：“能量不連續(xù)，只能是h的整數(shù)倍?！薄@一天定為量子力學(xué)的誕生日。31第二節(jié)絕對(duì)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(zhǎng)范圍內(nèi)輻射出的能量：

斯特藩-波爾茲曼定律對(duì)于實(shí)際物體并不適用。32第二節(jié)絕對(duì)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(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)與黑體的溫度成反比。當(dāng)溫度升高，光譜輻射的波長(zhǎng)峰值變短，即向短波移動(dòng)。33第二節(jié)絕對(duì)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(cè)量、遙感、紅外追蹤等。34第二節(jié)絕對(duì)黑體及其基本定律5、朗伯余弦定律

一般說(shuō)來(lái)，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(lái)很大的麻煩。但在自然界中存在一類(lèi)特殊的輻射源，它們的輻射亮度與輻射方向無(wú)關(guān)，例如太陽(yáng)、熒光屏、毛玻璃燈罩、坦克表面等都近似于這類(lèi)輻射源。人們把這種輻射亮度與輻射方向無(wú)關(guān)的輻射源稱(chēng)為漫輻射源。35第二節(jié)絕對(duì)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(xiàn)方向的輻射強(qiáng)度為L(zhǎng)N，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(duì)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(xiàn)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(chēng)為朗伯輻射源。

37第二節(jié)絕對(duì)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(xiàn)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(wú)關(guān)的常量。這是因?yàn)檩椛湓吹谋碛^面積隨表面法線(xiàn)與觀測(cè)方向夾角的余弦而變化。符合此規(guī)律的輻射面稱(chēng)為朗伯面。對(duì)于絕對(duì)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(duì)黑體及其基本定律39第二節(jié)絕對(duì)黑體及其基本定律太陽(yáng)的亮度等價(jià)平面圓盤(pán)朗伯輻射體積雪40第三節(jié)輻射源及其特性形式分類(lèi)1、輻射源分類(lèi)

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(zhǎng)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(lèi)42第三節(jié)輻射源及其特性形式分類(lèi)按照輻射源相對(duì)于紅外系統(tǒng)瞬時(shí)視場(chǎng)張角劃分：點(diǎn)源，對(duì)系統(tǒng)張角小于瞬時(shí)視場(chǎng)擴(kuò)展源，對(duì)系統(tǒng)張角大于瞬時(shí)視場(chǎng)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(lèi)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(wú)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(wú)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(lèi)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(lèi)鏡面球反射漫反射46第三節(jié)輻射源及其特性形式分類(lèi)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(lái)能量的激發(fā)躍遷至高能級(jí)，然后直接落入低能級(jí)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(lèi)金星地表熱輻射圖1970年12月15日，前蘇聯(lián)金星7號(hào)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(cè)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(zhǎng)效夜光粉又名蓄光粉發(fā)光粉熒光粉儲(chǔ)光粉夜光材料。48第三節(jié)輻射源及其特性形式分類(lèi)對(duì)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(lèi)2、輻射源特性形式

表示輻射源特性的形式有四類(lèi)：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(guò)率、發(fā)射率等。50第三節(jié)輻射源及其特性形式分類(lèi)沿290緯線(xiàn)的太陽(yáng)年總輻射量曲線(xiàn)圖51第三節(jié)輻射源及其特性形式分類(lèi)光譜輻射量，是波長(zhǎng)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(zhǎng)間隔波段輻射量，較大的確定的波長(zhǎng)范圍52第三節(jié)輻射源及其特性形式分類(lèi)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(lèi)光子輻射量，用每秒接收（或發(fā)射、通過(guò)）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(lèi)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(duì)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(lèi)及特點(diǎn)

根據(jù)目標(biāo)與背景的不同，討論四類(lèi)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(duì)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(kù)、交通樞紐等目標(biāo)，以及攔截來(lái)襲戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈。戰(zhàn)略核導(dǎo)彈是衡量一個(gè)國(guó)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(lèi)及特點(diǎn)中國(guó)東風(fēng)-4159

白楊—M導(dǎo)彈是俄羅斯聯(lián)邦的超級(jí)秘密武器。白楊—M洲際彈道導(dǎo)彈重47噸，長(zhǎng)近23米，安裝有固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，能以瘋狂的速度拔地而起，可以摧毀1萬(wàn)公里以外的目標(biāo)。而無(wú)論敵人以什么樣的方式攔截，都無(wú)法把它擊落，這就是為什么美國(guó)人稱(chēng)“白楊—M導(dǎo)彈”為“瘋子”的原因。美國(guó)人承認(rèn)，“白楊—M導(dǎo)彈”大大降低了美國(guó)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(lèi)及特點(diǎn)60

美國(guó)和前蘇聯(lián)都發(fā)展了戰(zhàn)略導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星。美國(guó)的預(yù)警衛(wèi)星稱(chēng)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(cè)導(dǎo)彈發(fā)射發(fā)出的紅外信號(hào)，通過(guò)分析這些信號(hào)的強(qiáng)度以及與地球冷背景的差別，判別出導(dǎo)彈的型號(hào)，并把這些信號(hào)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(xiàn)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(lèi)及特點(diǎn)61第五節(jié)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類(lèi)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(lèi)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?？罩心繕?biāo)通常相對(duì)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(jiǎn)單的點(diǎn)源式的紅外系統(tǒng)對(duì)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(lèi)及特點(diǎn)被動(dòng)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(lèi)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(chē)輛、電站、橋梁、機(jī)場(chǎng)、建筑物和發(fā)射場(chǎng)等，主要分為有內(nèi)動(dòng)力和無(wú)內(nèi)動(dòng)力兩大類(lèi)。地物背景包括土壤、沙漠、植被、樹(shù)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(jiàn)光電視制導(dǎo)或可見(jiàn)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(lèi)及特點(diǎn)車(chē)輛紅外輻射道路識(shí)別65第五節(jié)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類(lèi)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(cè)煙囪、動(dòng)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(cè)、識(shí)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(lèi)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(lái)自動(dòng)物、海面、大氣、氣溶膠和星體的自身發(fā)射，也可以來(lái)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(lèi)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(duì)于許多紅外系統(tǒng)，可以忽略不計(jì)。1964年，美國(guó)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(tái)喇叭形狀的天線(xiàn)，用以接受“回聲”衛(wèi)星的信號(hào)。他們發(fā)現(xiàn)，在波長(zhǎng)為7.35cm的地方一直有一個(gè)各向同性的訊號(hào)存在，但與地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)。他們對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行了徹底檢查，清除了天線(xiàn)上的鴿子窩和鳥(niǎo)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(duì)這個(gè)發(fā)現(xiàn)給出了正確的解釋?zhuān)杭催@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(guó)發(fā)射的威爾金森微波各向異性探測(cè)器對(duì)宇宙微波背景輻射在不同方向上的漲落的測(cè)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(wàn)秒差距，宇宙空間是近乎于平直的，它經(jīng)歷過(guò)暴漲的過(guò)程，并且會(huì)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(wàn)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(yáng)光輻射特性太陽(yáng)表面溫度：約5500攝氏度

中心溫度：約2000萬(wàn)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(lái)自于對(duì)太陽(yáng)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(jiàn)光散射晴天，地面上總照度的1/5來(lái)自天空，即來(lái)自大氣散射的太陽(yáng)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(yáng)的塵埃微粒反射太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(duì)環(huán)境輻射（如太陽(yáng)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(lái)自海洋的熱輻射。80海面對(duì)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(cè)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(yáng)地球所接受到的太陽(yáng)輻射能量?jī)H為太陽(yáng)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(dòng)的主要能量源泉。世界氣象組織1981年公布的太陽(yáng)常數(shù)值是1368瓦每平方米每秒。地球大氣上界的太陽(yáng)輻射光譜的99%以上在波長(zhǎng)0.15～4.0微米之間。大約40%的太陽(yáng)輻射能量在可見(jiàn)光譜（波長(zhǎng)0.4～0.76微米），10%在紫外光譜區(qū)（波長(zhǎng)<0.4微米），50%在紅外光譜區(qū)（波長(zhǎng)>0.76微米），最大能量在波長(zhǎng)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(yáng)的高度角越小，地球接收的紅外輻射占太陽(yáng)總輻射能的比例越大。早晚的太陽(yáng)紅的原因是：地球大氣層阻擋或散射太陽(yáng)光，早晚太陽(yáng)光穿過(guò)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(guò)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(duì)太陽(yáng)輻射的反射組成；恒星自身就是輻射體。由于沒(méi)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(yáng)風(fēng)、太陽(yáng)耀斑和銀河宇宙射線(xiàn)，太陽(yáng)風(fēng)是由太陽(yáng)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(duì)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(guó)宇航員在月球上行走。美國(guó)國(guó)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(lèi)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(guò)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(guò)大氣。正是因?yàn)榇髿鈱?duì)輻射有多種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(zhǎng)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(chēng)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(zhǎng)較長(zhǎng)，故也稱(chēng)為大氣長(zhǎng)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(chēng)為大氣逆輻射。大氣逆輻射是地面獲得熱量的重要來(lái)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(zhǎng)波輻射放出的熱量少一些，大氣的這種保溫作用稱(chēng)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(duì)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(yáng)帶電粒子（太陽(yáng)風(fēng)）進(jìn)入地球磁場(chǎng)，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(chēng)為南極光，在北極稱(chēng)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(yáng)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(chēng)為地面輻射。地面輻射和太陽(yáng)、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(yáng)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(zhǎng)為10微米，屬紅外區(qū)間，與太陽(yáng)短波輻射相比，稱(chēng)為地面長(zhǎng)波輻射。幾種巖石的反射波譜曲線(xiàn)

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(zhǎng)波輻射，除部分透過(guò)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(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收更為顯著。因