第3章目標(biāo)與環(huán)境輻射及其工程計(jì)算

1、光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第三章第三章 目標(biāo)與環(huán)境輻射目標(biāo)與環(huán)境輻射及其工程計(jì)算及其工程計(jì)算 2目標(biāo)與環(huán)境輻射目標(biāo)與環(huán)境輻射 3目標(biāo)與環(huán)境輻射目標(biāo)與環(huán)境輻射0.000.250.500.751.001.251.501.752.002505007501000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000Wavelength nmSpectral Irradiance W m-2 nm -1Etr W*m-2*nm-1Global tilt W*m-2*nm-1Direct+circumsolar W*m-2*nm-1Dire

2、ct Normal Irradiance - the amount of solar radiation from the direction of the sun.ETR - extraterrestrial radiation, also known as top-of-atmosphere (TOA) irradiance.Global Tilt = spectral radiation from solar disk plus sky diffuse and diffuse reflected from ground on south facing surface tilted 37

3、deg from horizontal. 4目標(biāo)與環(huán)境輻射目標(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；界各國(guó)進(jìn)行詳細(xì)研究，研究成果嚴(yán)格保密； 5目標(biāo)與環(huán)境輻射目標(biāo)與環(huán)境輻射 6目標(biāo)與環(huán)境輻射目標(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。環(huán)境輻射特性研究也有廣泛的民事用途。 7目標(biāo)與環(huán)境輻射目標(biāo)與環(huán)境輻射日常生活周圍環(huán)境輻射強(qiáng)度（毫希沃特日常生活周圍環(huán)境輻射強(qiáng)度（毫希沃特mSv） 8 目標(biāo)與環(huán)境的光輻射特性：空間特性、光譜特目標(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。性和時(shí)間特性。目標(biāo)輻射空

4、間特性目標(biāo)輻射空間特性-高爐熱圖高爐熱圖目標(biāo)與環(huán)境輻射目標(biāo)與環(huán)境輻射 9目標(biāo)輻射光譜特性目標(biāo)輻射光譜特性目標(biāo)與環(huán)境輻射目標(biāo)與環(huán)境輻射 10目標(biāo)輻射時(shí)間特性目標(biāo)輻射時(shí)間特性目標(biāo)與環(huán)境輻射目標(biāo)與環(huán)境輻射 11本章內(nèi)容本章內(nèi)容3.1、光輻射與度量、光輻射與度量3.2、絕對(duì)黑體及其基本定律、絕對(duì)黑體及其基本定律3.3、輻射源及其特性形式分類、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、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)、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、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、目標(biāo)輻射

5、的簡(jiǎn)化計(jì)算程序 12第一節(jié)第一節(jié) 光輻射與度量光輻射與度量1、光輻射及其紅外輻射光輻射及其紅外輻射 13第一節(jié)第一節(jié) 光輻射與度量光輻射與度量X-射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生 14第一節(jié)第一節(jié) 光輻射與度量光輻射與度量電磁波譜電磁波譜 15第一節(jié)第一節(jié) 光輻射與度量光輻射與度量二氧化碳?xì)怏w輻射譜二氧化碳?xì)怏w輻射譜 一切物體在高于一切物體在高于0K的溫度下都會(huì)發(fā)射熱輻射。的溫度下都會(huì)發(fā)射熱輻射。 氣體輻射波譜：特征譜線和譜帶氣體輻射波譜：特征譜線和譜帶 16第一節(jié)第一節(jié) 光輻射與度量光輻射與度量 原子波譜：線狀光譜原子波譜：線狀光譜 17第一節(jié)第一節(jié) 光輻射與度量光輻射與度量 分子波譜：帶狀光譜分子波譜

6、：帶狀光譜 18第一節(jié)第一節(jié) 光輻射與度量光輻射與度量 液體波譜：帶狀光譜和連續(xù)光譜液體波譜：帶狀光譜和連續(xù)光譜 19第一節(jié)第一節(jié) 光輻射與度量光輻射與度量 固體波譜：帶狀光譜和連續(xù)光譜固體波譜：帶狀光譜和連續(xù)光譜 20第一節(jié)第一節(jié) 光輻射與度量光輻射與度量 紅外輻射紅外輻射 電磁波譜中，通常把波長(zhǎng)范圍為電磁波譜中，通常把波長(zhǎng)范圍為0. 761000微米這一波譜區(qū)間稱為紅外波譜區(qū)。其中，又分微米這一波譜區(qū)間稱為紅外波譜區(qū)。其中，又分為近紅外（為近紅外（0.763.0微米）、中紅外（微米）、中紅外（3.06.0微米）和遠(yuǎn)紅外（微米）和遠(yuǎn)紅外（6.015.0微米）和超遠(yuǎn)紅外微米）和超遠(yuǎn)紅外（15.

7、01000微米）。雖然紅外波譜區(qū)很寬，但微米）。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)由于大氣的吸收，實(shí)際主要有三個(gè)“大氣窗口大氣窗口”可利用：可利用：2.02.6微米、微米、3.05.0微米和遠(yuǎn)紅外微米和遠(yuǎn)紅外的的8.014.0微米。微米。 21第一節(jié)第一節(jié) 光輻射與度量光輻射與度量紅外輻射紅外輻射“大氣窗口大氣窗口”：2.02.6微米、微米、3.05.0微米和微米和8.014.0微米微米 紅外輻射和可見(jiàn)光一樣，有直線傳播、反射、折射、紅外輻射和可見(jiàn)光一樣，有直線傳播、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等性質(zhì)。散射、干涉、衍射、偏振等性質(zhì)。 22第一節(jié)第一節(jié) 光輻射與度量光輻射

8、與度量2、光度量和輻射度量光度量和輻射度量 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)；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歷史上形成兩種度量機(jī)制：光度量制和輻射度量制；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)；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。測(cè)器，是一種能量的客觀的定義。 23第一節(jié)第一節(jié) 光

9、輻射與度量光輻射與度量輻射中立體角的定義輻射中立體角的定義 24第一節(jié)第一節(jié) 光輻射與度量光輻射與度量人眼對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)曲線（可參考課本表人眼對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)曲線（可參考課本表3.3） 25輻射術(shù)語(yǔ)輻射術(shù)語(yǔ)符號(hào)符號(hào)定義定義量綱量綱輻射能輻射能U電磁波所傳遞的能量電磁波所傳遞的能量J輻射通量輻射通量P輻射功率輻射功率W輻射通量密度輻射通量密度W單位面積所發(fā)出的輻射功率單位面積所發(fā)出的輻射功率W.cm-2輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度J單位立體角內(nèi)的輻射功率單位立體角內(nèi)的輻射功率W.sr-1輻射亮度輻射亮度N單位投影面積在單位立體角內(nèi)的輻射功率單位投影面積在單位立體角內(nèi)的輻射功率W.sr-1.cm-2輻照度輻照度

10、H入射到單位面積的輻射功率入射到單位面積的輻射功率W.cm-2光譜輻射通量光譜輻射通量P特定波長(zhǎng)下單位波長(zhǎng)間隔的輻射功率特定波長(zhǎng)下單位波長(zhǎng)間隔的輻射功率W光譜輻射通量密光譜輻射通量密度度W特定波長(zhǎng)下單位波長(zhǎng)間隔由單位面積發(fā)出的特定波長(zhǎng)下單位波長(zhǎng)間隔由單位面積發(fā)出的輻射功率輻射功率W.cm-2-1光譜輻射強(qiáng)度光譜輻射強(qiáng)度J特定波長(zhǎng)下單位波長(zhǎng)間隔在單位立體角內(nèi)的特定波長(zhǎng)下單位波長(zhǎng)間隔在單位立體角內(nèi)的輻射功率輻射功率W.sr-1-1光譜輻射亮度光譜輻射亮度N特定波長(zhǎng)下單位波長(zhǎng)間隔單位投影面積在單特定波長(zhǎng)下單位波長(zhǎng)間隔單位投影面積在單位立體角內(nèi)的輻射功率位立體角內(nèi)的輻射功率W.sr-1.cm-2-1光

11、譜輻照度光譜輻照度H特定波長(zhǎng)下單位波長(zhǎng)間隔的輻照度特定波長(zhǎng)下單位波長(zhǎng)間隔的輻照度W.cm-2-1比輻射率比輻射率同一溫度下輻射源與黑體輻射發(fā)射量之比同一溫度下輻射源與黑體輻射發(fā)射量之比無(wú)無(wú)輻射吸收率輻射吸收率吸收的輻射功率與入射的輻射功率之比吸收的輻射功率與入射的輻射功率之比無(wú)無(wú)輻射反射率輻射反射率反射的輻射功率與入射的輻射功率之比反射的輻射功率與入射的輻射功率之比無(wú)無(wú)輻射透過(guò)率輻射透過(guò)率透過(guò)的輻射功率與入射的輻射功率之比透過(guò)的輻射功率與入射的輻射功率之比無(wú)無(wú)第一節(jié)第一節(jié) 光輻射與度量光輻射與度量輻輻射射能能量量單單位位表表 26第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本定律1、絕對(duì)黑

12、體和非黑體絕對(duì)黑體和非黑體 絕對(duì)黑體要求比輻射絕對(duì)黑體要求比輻射率為率為1，且與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，且與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，實(shí)際上它只是一個(gè)理想實(shí)際上它只是一個(gè)理想的物理模型，但是我們的物理模型，但是我們用人工方法可以制作盡用人工方法可以制作盡可能接近絕對(duì)黑體的輻可能接近絕對(duì)黑體的輻射源。這種輻射源雖然射源。這種輻射源雖然也約定俗成地稱為黑體，也約定俗成地稱為黑體，實(shí)質(zhì)上只是黑體模擬器，實(shí)質(zhì)上只是黑體模擬器，它已廣泛用于紅外設(shè)備它已廣泛用于紅外設(shè)備的輻射定標(biāo)。的輻射定標(biāo)。 人造黑體原理人造黑體原理 27地球黑體輻射地球黑體輻射-地球可近似視為黑體地球可近似視為黑體第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本

13、定律 28第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本定律 非黑體是指入射的非黑體是指入射的電磁電磁波波部分被吸收，即有部分被吸收，即有反射反射、透射透射、向外輻射。、向外輻射?；鶢柣鶢柣舴蜉椛涠苫舴蜉椛涠芍赋?，在熱指出，在熱平衡狀態(tài)的物體所輻射的平衡狀態(tài)的物體所輻射的能量與吸收率之比與物體能量與吸收率之比與物體本身物性無(wú)關(guān)，只與波長(zhǎng)本身物性無(wú)關(guān)，只與波長(zhǎng)和溫度有關(guān)。按照基爾霍和溫度有關(guān)。按照基爾霍夫輻射定律，在一定溫度夫輻射定律，在一定溫度下，黑體必然是輻射本領(lǐng)下，黑體必然是輻射本領(lǐng)最大的物體，非黑體的輻最大的物體，非黑體的輻射本領(lǐng)小于黑體。射本領(lǐng)小于黑體。 非黑體的輻射非黑體的輻

14、射 29第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本定律黑體、灰體和實(shí)際物體輻射率黑體、灰體和實(shí)際物體輻射率 比較比較 30第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本定律2、普朗克（普朗克（Max Plank）定律）定律普朗克（普朗克（Max Plank） （1858-1947）1232kThvvehvc以波長(zhǎng)表示的普朗克公式：以波長(zhǎng)表示的普朗克公式：以頻率表示的普朗克公式：以頻率表示的普朗克公式：11252kThcehc 31第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本定律 1900年，普朗克發(fā)年，普朗克發(fā)現(xiàn)經(jīng)典理論的結(jié)果與現(xiàn)經(jīng)典理論的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符合的根本原實(shí)驗(yàn)不符合的

15、根本原因在于：經(jīng)典理論的因在于：經(jīng)典理論的能量是連續(xù)的。能量是連續(xù)的。 普朗克提出能量子普朗克提出能量子h :）、 .321( nnhE h=6.63 10-34 J.s 普朗克常數(shù)普朗克常數(shù) 1900年年12月月14日，在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上演講：日，在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上演講：“能能量不連續(xù)，只能是量不連續(xù)，只能是 h 的整數(shù)倍。的整數(shù)倍?！边@一天定為這一天定為量子力學(xué)的誕生日。量子力學(xué)的誕生日。 32第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本定律3、斯特藩斯特藩-波爾茲曼定律波爾茲曼定律 在一定溫度下，黑體在在一定溫度下，黑體在單位時(shí)間、單位面積和整個(gè)單位時(shí)間、單位面積和整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射出

16、的能量：波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射出的能量： 斯特藩斯特藩-波爾茲曼定律對(duì)于實(shí)際物體并不適用。波爾茲曼定律對(duì)于實(shí)際物體并不適用。 33第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本定律4、維恩位移定律維恩位移定律維恩位移公式：維恩位移公式： 式中：式中： 公式表明，黑體光譜輻出度峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)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)。波長(zhǎng)峰值變短，即向短波移動(dòng)。bTm)(28972kmxCb 34第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本定律 斯斯特藩特藩-玻爾茲曼定律和維恩位移定律是黑

17、體輻玻爾茲曼定律和維恩位移定律是黑體輻射射 的基本定律，現(xiàn)代廣泛應(yīng)用于高溫測(cè)量、遙感、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。紅外追蹤等。 35第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本定律5、朗伯余弦定律朗伯余弦定律 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特殊的輻射源，它的麻煩。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(wú)關(guān)，例如太陽(yáng)、熒光屏、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

18、、坦克表面等都近似于這類輻射源。人毛玻璃燈罩、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(wú)關(guān)的輻射源稱為漫們把這種輻射亮度與輻射方向無(wú)關(guān)的輻射源稱為漫輻射源。輻射源。 36第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本定律 朗伯余弦定律描朗伯余弦定律描述了輻射源向半球空述了輻射源向半球空間內(nèi)的輻射亮度沿高間內(nèi)的輻射亮度沿高低角變化的規(guī)律。該低角變化的規(guī)律。該定律規(guī)定，若面積元定律規(guī)定，若面積元在法線方向的輻射強(qiáng)在法線方向的輻射強(qiáng)度為度為L(zhǎng)N，則它在高低，則它在高低角的方向上的輻射強(qiáng)角的方向上的輻射強(qiáng)度為：度為：cosNLL輻射的空間角輻射的空間角 37第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體

19、及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本定律 朗伯余弦定律：朗伯余弦定律：即理想反射體單位表面積向空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。面法線夾角的余弦成正比。漫反射體的輻射亮度分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。輻射源稱為朗伯輻射源。 38第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本定律 朗伯余弦定律還有一種表達(dá)形式

20、，將輻射亮度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）在的射線相垂直的方向投影的單位面積）在 方向的方向的單位立體角內(nèi)的輻射功率。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。常量。這是因?yàn)檩椛湓吹谋碛^面積隨表面法線與觀這是因?yàn)檩椛湓吹谋碛^面積隨表面法線與觀測(cè)方向夾角的余弦而變化。符合此規(guī)律的輻射面稱測(cè)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(duì)于絕對(duì)黑體，朗伯余弦定律極為正確。為朗伯面。對(duì)于絕對(duì)黑體

21、，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。個(gè)理想化的概念。 39朗伯輻射：朗伯輻射：雖各方向亮度相同，雖各方向亮度相同，但輻射強(qiáng)度不同。但輻射強(qiáng)度不同。第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本定律 40第二節(jié)第二節(jié) 絕對(duì)黑體及其基本定律絕對(duì)黑體及其基本定律太陽(yáng)的亮度等價(jià)平面圓盤(pán)太陽(yáng)的亮度等價(jià)平面圓盤(pán)朗伯輻射體朗伯輻射體積雪積雪 41第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及其特性形式分類輻射源及其特性形式分類1、輻射源分類輻射源分類

22、 l 按照輻射源光譜發(fā)射率按照輻射源光譜發(fā)射率 特性劃分：特性劃分：黑體，黑體，灰體，灰體， 常數(shù)（小于常數(shù)（小于1 1） 選擇性輻射體，選擇性輻射體， 是波長(zhǎng)的函數(shù)是波長(zhǎng)的函數(shù)）（1）（）（）（ 42黑體、灰體和實(shí)際物體輻射率黑體、灰體和實(shí)際物體輻射率 比較比較第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及其特性形式分類輻射源及其特性形式分類 43第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及其特性形式分類輻射源及其特性形式分類l 按照輻射源相對(duì)于紅外系統(tǒng)瞬時(shí)視場(chǎng)張角劃分：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)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)擴(kuò)展源，對(duì)系統(tǒng)張角大于瞬時(shí)視場(chǎng) 一般如果

23、輻射源與紅外系統(tǒng)的距離是輻射源尺一般如果輻射源與紅外系統(tǒng)的距離是輻射源尺寸的寸的1010倍以上，則可視為點(diǎn)源。倍以上，則可視為點(diǎn)源。點(diǎn)源點(diǎn)源 44第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及其特性形式分類輻射源及其特性形式分類l 按照輻射源輻射的相干性劃分：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)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，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)有些無(wú)關(guān)激光具有良好的相干性激光具有良好的相干性照明光源是非相干的照明光源是非相干的 45第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及

24、其特性形式分類輻射源及其特性形式分類l 按照輻射源表面性質(zhì)劃分：按照輻射源表面性質(zhì)劃分：鏡面源，入射角與反射角相等鏡面源，入射角與反射角相等漫射源，即朗伯輻射源漫射源，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毛面反射源，除朗伯輻射源和鏡面源之外的其他反射源反射源 46第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及其特性形式分類輻射源及其特性形式分類鏡面球反射鏡面球反射漫反射漫反射 47第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及其特性形式分類輻射源及其特性形式分類l 按照輻射源發(fā)光機(jī)理劃分：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)的任何物體任何物體受激直接躍遷

25、輻射，物質(zhì)原子中的電子受到外來(lái)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)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)生輻射生輻射受激間接躍遷輻射，即激光受激間接躍遷輻射，即激光 48第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及其特性形式分類輻射源及其特性形式分類金星地表熱輻射圖金星地表熱輻射圖 1970年年12月月15日，前蘇聯(lián)金星日，前蘇聯(lián)金星7號(hào)在號(hào)在金星實(shí)現(xiàn)軟著陸，金星實(shí)現(xiàn)軟著陸， 成功傳回金星表面溫度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等數(shù)據(jù)資料。測(cè)得金星表面溫度為攝氏447度，度， 氣壓為氣壓為90個(gè)大氣壓，大氣密度約個(gè)大氣壓，大氣密度約為地球

26、的為地球的100倍。倍。 受激直接躍遷輻射受激直接躍遷輻射 光致發(fā)光材料光致發(fā)光材料-長(zhǎng)效夜光粉又長(zhǎng)效夜光粉又名蓄光粉發(fā)光粉熒光粉儲(chǔ)光粉夜光名蓄光粉發(fā)光粉熒光粉儲(chǔ)光粉夜光材料。材料。 49第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及其特性形式分類輻射源及其特性形式分類 對(duì)于點(diǎn)源，如果不考慮大氣的任何影響，對(duì)于點(diǎn)源，如果不考慮大氣的任何影響，則離輻射源距離為則離輻射源距離為R處的輻照度（單位面積的處的輻照度（單位面積的輻射功率）為輻射功率）為cos2RIH 50第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及其特性形式分類輻射源及其特性形式分類2、輻射源特性形式輻射源特性形式 表示輻射源特性的形式有四類：總輻射量、光表示輻射源特性的形式有四類

27、：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。譜輻射量、光子輻射量和輻射量的空間分布形式。 l 總輻射量，全頻域各個(gè)方向輻射功率的總和。相總輻射量，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、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、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。透過(guò)率、發(fā)射率等。 51第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及其特性形式分類輻射源及其特性形式分類沿沿290緯線的太陽(yáng)年總輻射量曲線圖緯線的太陽(yáng)年總輻射量曲線圖 52第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及其特性形式分類輻射源及其特性形式分類l 光

28、譜輻射量，是波長(zhǎng)的函數(shù)，用光譜密度函數(shù)表光譜輻射量，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、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。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)范圍波段輻射量，較大的確定的波長(zhǎng)范圍 53第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及其特性形式分類輻射源及其特性形式分類單色輻射量單色輻射量波段輻射量波段輻射量 54第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及其特性形式分類輻射源及其特性形式分類l 光子輻射量，用每秒接收（或發(fā)射、通過(guò)）的光光子輻射

29、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。子數(shù)代替輻射能通量定義各輻射量。光子數(shù)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)發(fā)射的光子數(shù)光子出射度，單位面積向半球空間發(fā)射的光子通光子出射度，單位面積向半球空間發(fā)射的光子通量量光子照度，被照表面單位面積接收的光子通量光子照度，被照表面單位面積接收的光子通量 55第三節(jié)第三節(jié) 輻射源及其特性形式分類輻射源及

30、其特性形式分類l 輻射量空間分布，輻射強(qiáng)度在空間的分布情況。輻射量空間分布，輻射強(qiáng)度在空間的分布情況。 56第四節(jié)第四節(jié) 點(diǎn)源、小面源、朗伯?dāng)U展源產(chǎn)生的輻照度點(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，對(duì)于點(diǎn)源，如果不考慮大氣的任何影響，則離輻射源距離為則離輻射源距離為R處的輻照度（單位面積的處的輻照度（單位面積的輻射功率）為輻射功率）為cos2RIH 57第四節(jié)第四節(jié) 點(diǎn)源、小面源、朗伯?dāng)U展源產(chǎn)生的輻照度點(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小面源產(chǎn)生的輻照度：不忽略輻射源的空間尺寸，

31、但其上強(qiáng)度可認(rèn)為均勻分布。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。較大，其上強(qiáng)度分布不均勻。 58第五節(jié)第五節(jié) 目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)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)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。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)與深空背景 空間目標(biāo)指空間目標(biāo)指100km100km以上的戰(zhàn)略導(dǎo)

32、彈、衛(wèi)星、空以上的戰(zhàn)略導(dǎo)彈、衛(wèi)星、空間飛行器、空間站和中繼站。間飛行器、空間站和中繼站。 深空背景是輻射溫度大約深空背景是輻射溫度大約3.5K3.5K的冷背景，對(duì)于的冷背景，對(duì)于許多紅外系統(tǒng)，可以忽略不計(jì)。許多紅外系統(tǒng)，可以忽略不計(jì)。 59 戰(zhàn)略導(dǎo)彈（戰(zhàn)略導(dǎo)彈（strategic missile）是指用于打擊戰(zhàn)略）是指用于打擊戰(zhàn)略目標(biāo)的導(dǎo)彈。它是戰(zhàn)略武器的目標(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、和經(jīng)濟(jì)中心、軍事和工業(yè)基地、核武

33、器庫(kù)、交通樞紐等目標(biāo)，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。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)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。發(fā)展能力的主要標(biāo)志之一。第五節(jié)第五節(jié) 目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)中國(guó)東風(fēng)中國(guó)東風(fēng)-41 60 白楊白楊M導(dǎo)彈是俄羅斯聯(lián)導(dǎo)彈是俄羅斯聯(lián)邦的超級(jí)秘密武器。白楊邦的超級(jí)秘密武器。白楊M洲際彈道導(dǎo)彈重洲際彈道導(dǎo)彈重47噸，長(zhǎng)近噸，長(zhǎng)近23米，安裝有固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，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，可能以瘋狂的速度拔地而起，可以摧

34、毀以摧毀1萬(wàn)公里以外的目標(biāo)。萬(wàn)公里以外的目標(biāo)。而無(wú)論敵人以什么樣的方式攔而無(wú)論敵人以什么樣的方式攔截，都無(wú)法把它擊落，這就是截，都無(wú)法把它擊落，這就是為什么美國(guó)人稱為什么美國(guó)人稱“白楊白楊M導(dǎo)導(dǎo)彈彈”為為“瘋子瘋子”的原因。美國(guó)的原因。美國(guó)人承認(rèn)，人承認(rèn)，“白楊白楊M導(dǎo)彈導(dǎo)彈”大大大降低了美國(guó)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)大降低了美國(guó)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)（TMD）的效果。）的效果。第五節(jié)第五節(jié) 目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn) 61 美國(guó)和前蘇聯(lián)都發(fā)展了戰(zhàn)略美國(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)導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星。美國(guó)的預(yù)警衛(wèi)星稱為星稱為DSP（防御支持計(jì)劃防御支持計(jì)劃）。）。位于赤道

35、上空的定點(diǎn)軌道上，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)射后導(dǎo)彈的落點(diǎn)。在導(dǎo)彈發(fā)射后120 秒預(yù)報(bào)落點(diǎn)秒預(yù)報(bào)落點(diǎn)，給前線提供，給前線提供90秒秒鐘的預(yù)警時(shí)間。鐘的預(yù)警時(shí)間。第五節(jié)第五節(jié) 目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn) 62第五節(jié)第五節(jié) 目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)

36、特性的分類及特點(diǎn)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)與天空背景空中目標(biāo)與天空背景 空間目標(biāo)指高度空間目標(biāo)指高度202030km30km以下各種類型飛機(jī)和以下各種類型飛機(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。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、天空背景包括地球大氣散射和輻射，也包括云、霧、雨、雪等。霧、雨、雪等。 空中目標(biāo)通常相對(duì)于天空背景在紅外區(qū)域有較空中目標(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)。紅外系統(tǒng)對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行跟蹤制

37、導(dǎo)。 63第五節(jié)第五節(jié) 目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)被動(dòng)式紅外制導(dǎo)是直接接收目標(biāo)紅外輻射被動(dòng)式紅外制導(dǎo)是直接接收目標(biāo)紅外輻射 64第五節(jié)第五節(jié) 目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)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)與地物背景 地面目標(biāo)包括坦克、裝甲、車輛、電站、橋梁、地面目標(biāo)包括坦克、裝甲、車輛、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)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。內(nèi)動(dòng)力兩大類。 地物背景包括土壤、沙漠、植被、樹(shù)林和水體地物背景包括土壤、沙漠、植被、樹(shù)林和水體等。等。 一般采用一般采用8 812um

38、12um（或（或8 814um14um）紅外成像技術(shù)，）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。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。 65第五節(jié)第五節(jié) 目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)車輛紅外輻射車輛紅外輻射道路識(shí)別道路識(shí)別 66第五節(jié)第五節(jié) 目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)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)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)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、軍用快艇和軍用衛(wèi)艦、掃雷艦、獵潛艦、運(yùn)輸艦、軍用快艇和軍用氣墊船等。氣墊船等。 海洋背

39、景包括海水、天空、海面浮游物等。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，主要采用探測(cè)煙囪、動(dòng)力艙部位，主要采用3 35um5um紅外紅外點(diǎn)源非成像系統(tǒng)，但夜間艦船溫度低于海水，利用點(diǎn)源非成像系統(tǒng)，但夜間艦船溫度低于海水，利用8 812um12um可以進(jìn)行晝夜探測(cè)、識(shí)別、跟蹤和制導(dǎo)?？梢赃M(jìn)行晝夜探測(cè)、識(shí)別、跟蹤和制導(dǎo)。 67第五節(jié)第五節(jié) 目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn)目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性的分類及特點(diǎn) 68第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(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

40、反射輻和星體的自身發(fā)射，也可以來(lái)自這些環(huán)境的反射輻射或散射輻射。射或散射輻射。 69第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性 70第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性1、天體背景光輻射特性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景是輻射溫度大約3.5K3.5K的冷背景，對(duì)于許多紅外系的冷背景，對(duì)于許多紅外系統(tǒng)，可以忽略不計(jì)。統(tǒng)，可以忽略不計(jì)。 19641964年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的工程師阿諾年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的工程師阿諾彭齊亞彭齊亞斯斯(Penzias)(Penzias)和羅伯特和羅伯特威

41、爾遜威爾遜(Wilson)(Wilson)架設(shè)了一臺(tái)架設(shè)了一臺(tái)喇叭形狀的天線，用以接受喇叭形狀的天線，用以接受“回聲回聲”衛(wèi)星的信號(hào)。衛(wèi)星的信號(hào)。他們發(fā)現(xiàn)，在波長(zhǎng)為他們發(fā)現(xiàn)，在波長(zhǎng)為7.35cm7.35cm的地方一直有一個(gè)各向的地方一直有一個(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)天線進(jìn)行了徹底檢查，清除了天線上的鴿子窩們對(duì)天線進(jìn)行了徹底檢查，清除了天線上的鴿子窩和鳥(niǎo)糞，然而噪聲仍然存在。和鳥(niǎo)糞，然而噪聲仍然存在。 71第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(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)。緊接著狄克等于是他們正式宣布了這個(gè)發(fā)

42、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：即人在同一雜志上對(duì)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這個(gè)額外的輻射就是宇宙大爆炸之后的微波背景輻射。射。 彭齊亞斯和威爾遜也因發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻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射而獲得19781978年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 72第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(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宇宙背景輻射具有高度各向同性 73第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性 2003 2003年，美國(guó)發(fā)射的威爾金森年，美國(guó)發(fā)射的威爾金森微波各

43、向異性探測(cè)器對(duì)宇宙微波背微波各向異性探測(cè)器對(duì)宇宙微波背景輻射在不同方向上的漲落的測(cè)量景輻射在不同方向上的漲落的測(cè)量表明，宇宙的年齡是表明，宇宙的年齡是1371371 1億年，億年，在宇宙的組成成分中，在宇宙的組成成分中，4%4%是一般物是一般物質(zhì)，質(zhì)，23%23%是暗物質(zhì)，是暗物質(zhì)，73%73%是暗能量。是暗能量。宇宙目前的膨脹速度是宇宙目前的膨脹速度是7171公里每秒公里每秒每百萬(wàn)秒差距，宇宙空間是近乎于每百萬(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。且會(huì)一直膨脹下去。 秒差距：秒差距：1 1秒差距約等于秒差距約等于3.263.26

44、光年，或光年，或206265206265天文單位，或天文單位，或30.856830.8568萬(wàn)億千米。萬(wàn)億千米。 74第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性 75第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性2、太陽(yáng)光輻射特性太陽(yáng)光輻射特性太陽(yáng)太陽(yáng)表面溫度：約表面溫度：約 5500 攝氏度攝氏度 中心溫度：約中心溫度：約 2000萬(wàn)攝氏度萬(wàn)攝氏度每秒損失質(zhì)量：每秒損失質(zhì)量：4.670109kg每年損失質(zhì)量：每年損失質(zhì)量：1.4731017kg目前質(zhì)量：目前質(zhì)量：1.9891030 kg 76第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性 77第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與

45、目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性3、天空背景光輻射特性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。和大氣的熱輻射。 78第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性l 天空可見(jiàn)光散射天空可見(jiàn)光散射 晴天，地面上總照度晴天，地面上總照度的的1/51/5來(lái)自天空，即來(lái)自來(lái)自天空，即來(lái)自大氣散射的太陽(yáng)光。大氣散射的太陽(yáng)光。 夜晚，夜空輻射有黃夜晚，夜空輻射有黃道光、銀河光、氣輝道光、銀河光、氣輝（大氣發(fā)光）、散射光（大氣發(fā)光）、散射光輝、星光（散射和直輝、星光（散射和直射）、銀河外輻射等。射）、銀河外輻射等。黃道光是

46、一些不斷環(huán)繞太陽(yáng)的塵埃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。微粒反射太陽(yáng)的光而成。 79第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性l 天空紅外輻射天空紅外輻射 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。合。夜晚，紅外輻射主要為大氣的熱輻射。白天紅外輻射白天紅外輻射太陽(yáng)和地球紅外輻射比較太陽(yáng)和地球紅外輻射比較 80第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性4、海洋背景光輻射特性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)境海洋的光輻射由海洋本身的熱輻射和它對(duì)環(huán)境輻射

47、（如太陽(yáng)和天空）的反射組成。輻射（如太陽(yáng)和天空）的反射組成。 不論白天還是晚上，不論白天還是晚上，4um4um以上的光輻射都來(lái)自海以上的光輻射都來(lái)自海洋的熱輻射。洋的熱輻射。 81海面對(duì)自然光、垂直偏振海面對(duì)自然光、垂直偏振光和平行偏振光的反射系光和平行偏振光的反射系數(shù)數(shù)第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性 82海面輻射探測(cè)海面輻射探測(cè)第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性 83第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性5、自然輻射源與目標(biāo)輻射源自然輻射源與目標(biāo)輻射源l 太陽(yáng)太陽(yáng) 地球所接受到的太陽(yáng)輻射能量?jī)H為太陽(yáng)向宇宙空地球所接受到的太陽(yáng)輻射能量

48、僅為太陽(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。大氣運(yùn)動(dòng)的主要能量源泉。 世界氣象組織世界氣象組織19811981年公布的太陽(yáng)常數(shù)值是年公布的太陽(yáng)常數(shù)值是13681368瓦每平方米每秒。地球大氣上界的太陽(yáng)輻射光譜的瓦每平方米每秒。地球大氣上界的太陽(yáng)輻射光譜的99%99%以上在波長(zhǎng)以上在波長(zhǎng) 0.150.154.04.0微米之間。大約微米之間。大約40%40%的太的太陽(yáng)輻射能量在可見(jiàn)光譜（波長(zhǎng)陽(yáng)輻射能量在可見(jiàn)光譜（波長(zhǎng)0.40.40.760.76微米），微米），10%10%在紫外光譜區(qū)（波長(zhǎng)在紫外光譜區(qū)（波長(zhǎng)0.40

49、.760.76微米），最大能量在波長(zhǎng)微米），最大能量在波長(zhǎng) 0.4750.475微米處。微米處。 84第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性 85第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性太陽(yáng)的高度角越太陽(yáng)的高度角越小，地球接收的小，地球接收的紅外輻射占太陽(yáng)紅外輻射占太陽(yáng)總輻射能的比例總輻射能的比例越大。越大。早晚的太陽(yáng)紅早晚的太陽(yáng)紅的的原因是：地球大原因是：地球大氣層阻擋或散射氣層阻擋或散射太陽(yáng)光，早晚太太陽(yáng)光，早晚太陽(yáng)光穿過(guò)的大氣陽(yáng)光穿過(guò)的大氣層比中午厚，而層比中午厚，而紅光的穿透能力紅光的穿透能力強(qiáng)，早晚時(shí)易穿強(qiáng)，早晚時(shí)易穿過(guò)大氣層。過(guò)大氣層。 86第六節(jié)第六

50、節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性 87第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性l 月球、行星、恒星月球、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。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)、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，太陽(yáng)風(fēng)是由太陽(yáng)發(fā)出的太陽(yáng)

51、耀斑和銀河宇宙射線，太陽(yáng)風(fēng)是由太陽(yáng)發(fā)出的連續(xù)的等離子體流。連續(xù)的等離子體流。 88 月球上的復(fù)雜環(huán)境對(duì)登月宇航員的生命健康構(gòu)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，上圖為成嚴(yán)重威脅，上圖為1969年美國(guó)宇航員在月球上行年美國(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、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探月的三大殺手?；覊m及低溫是威脅人類探月的三大殺手。第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性 89第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性l 大氣、云、極光大氣、云、極光 輻射通過(guò)大氣時(shí)，分別受到大氣中的水汽

52、、二輻射通過(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，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。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，稱向外放射能量。大氣這種向外放射能量的

53、方式，稱為大氣輻射。由于大氣本身的溫度也低，放射的輻為大氣輻射。由于大氣本身的溫度也低，放射的輻射能的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，故也稱為大氣長(zhǎng)波輻射。射能的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，故也稱為大氣長(zhǎng)波輻射。 90第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性大氣輻射示意圖大氣輻射示意圖 91第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性 大氣輻射的方向既有大氣輻射的方向既有向上的，也有向下的。大向上的，也有向下的。大氣輻射中向下的那一部分，氣輻射中向下的那一部分，剛好和地面輻射的方向相剛好和地面輻射的方向相反，所以稱為大氣逆輻射。反，所以稱為大氣逆輻射。大氣逆輻射是地面獲得熱大氣逆輻射是地面獲得熱量的重要來(lái)源。

54、由于大氣量的重要來(lái)源。由于大氣逆輻射的存在，使地面實(shí)逆輻射的存在，使地面實(shí)際損失的熱量比地面以長(zhǎng)際損失的熱量比地面以長(zhǎng)波輻射放出的熱量少一些，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這種保溫作用稱為大氣的溫室效應(yīng)。這種大大氣的溫室效應(yīng)。這種大氣的保溫作用使近地表的氣的保溫作用使近地表的氣溫提高了約氣溫提高了約1818。 92第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性大氣輻射對(duì)遙感的影響大氣輻射對(duì)遙感的影響 93第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性貴州黎平縣貴州黎平縣ASTER大氣輻射校正與地形輻射大氣輻射校正與地形輻射校正前后校正前后ASTER3/2/

55、1波段波段RGB合成圖像合成圖像 94第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性極光（極光（Polar light，aurora）是由于太陽(yáng)帶電）是由于太陽(yáng)帶電粒子（太陽(yáng)風(fēng)）進(jìn)入地球粒子（太陽(yáng)風(fēng)）進(jìn)入地球磁場(chǎng)，在地球南北兩極附磁場(chǎng)，在地球南北兩極附近地區(qū)的高空，夜間出現(xiàn)近地區(qū)的高空，夜間出現(xiàn)的燦爛美麗的光輝。在南的燦爛美麗的光輝。在南極稱為南極光，在北極稱極稱為南極光，在北極稱為北極光。為北極光。 95第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性l 地面和水面地面和水面 地球表面在吸收地球表面在吸收太陽(yáng)輻射的同時(shí)，又太陽(yáng)輻射的同時(shí)，又將其中的大部分能量將其中的大部分能量以

56、輻射的方式傳送給以輻射的方式傳送給大氣。地表面這種以大氣。地表面這種以其本身的熱量日夜不其本身的熱量日夜不停地向外放射輻射的停地向外放射輻射的方式，稱為地面輻射。方式，稱為地面輻射。地面輻射和太陽(yáng)、大地面輻射和太陽(yáng)、大氣輻射緊密相關(guān)。氣輻射緊密相關(guān)。 96第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性 由于地表溫度比太陽(yáng)低得多由于地表溫度比太陽(yáng)低得多( (地表面平均溫度約地表面平均溫度約為為300K)300K)，因而，地面輻射的主要能量集中在，因而，地面輻射的主要能量集中在1 13030微米之間，其最大輻射的平均波長(zhǎng)為微米之間，其最大輻射的平均波長(zhǎng)為1010微米，屬紅微米，屬紅外區(qū)間，

57、與太陽(yáng)短波輻射相比，稱為地面長(zhǎng)波輻射。外區(qū)間，與太陽(yáng)短波輻射相比，稱為地面長(zhǎng)波輻射。幾種巖石的反射幾種巖石的反射波譜曲線波譜曲線 97第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(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。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，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。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。因此，大氣，中水汽對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收更為顯著。因此，大氣，尤其是對(duì)流層中的大氣，主要靠吸收地面輻射而增尤其是對(duì)流層中的大氣，主要靠吸收地面輻射而增熱。熱。 98第六節(jié)第六節(jié) 環(huán)境與目標(biāo)光輻射特性環(huán)境