小行星表面温度是研究行星热物理特性的关键参数。 太阳系中小天体的轨道动力学研究具有多种实际应用, 包括预测行星体轨道和撞击产生的陨石坑率、 选择航天器合适的探测采样目标。 对于近地天体, 分析它们的轨道结构、 星体的轨道演化和未来的偏移轨迹等近地天体动力学特性具有重要意义。 中国即将发射“天问二号”, 对近地小行星2016HO3进行热辐射探测和风化层采样。 “天问二号”预计在不远的将来到达环绕2016HO3的轨道。 研究了一种温度-比辐射率分离算法, 用于从“欧西里斯-雷克斯”热辐射光谱仪(OTES)辐亮度数据中, 计算与小行星2016HO3热物理性质相近的行星“贝努”(Bennu)的表面温度。 温度-比辐射率分离算法融合了发射率归一化法(NEM)、 比值法(RAT)、 发射率最大最小值差法(MMD), 是目前精度较高的一种表面温度反演算法。 为了验证算法的准确性, 使用了CRISM光谱库的光谱数据, 通过改变目标的温度和算法使用波段, 来研究算法对二者的敏感性。 其中, 因为仪器波段限制等原因, 尚无使用波段对算法的误差推导。 研究结果表明: (1)设置温度范围为115~415 K, 步长5 K, 随着温度的增加, 反演温度的均方根误差增加, 而发射率的误差大致不变。 (2)样本温度为295 K, 算法使用的波段起点为7.5 μm, 采样间隔0.04 μm, 终点为10~13.8 μm, 步长0.2 μm。 发现波长范围在7.5~13.8 μm, 算法的MMD模块的精度最高。 使用算法求解行星“贝努”的表面温度, 结果表明: 在剔除了大太阳高度角和高纬像素的情况下, 算法计算的温度的误差平均值为-0.366 0 K, 误差的标准差为1.0393 K。

提出了测量物体比辐射率的二次照度四次测量法.根据自主研制的仪器表明该方法和设计能够测量到与照射到被测目标完全一致的热辐射源辐照度, 并且能够排除传感器镜头、腔壁等的干扰.不仅提高测量精度, 而且可以设计成小尺寸便携式的比辐射率测定仪.设计的1000 w/m2以上的强热辐射源, 大幅度提高仪器信噪比.为了补偿在强热辐射源下的被测目标的增温, 提出了在非同温系统中求解比辐射率普适表达式以及补偿增温的“过程法”.从而解决了在非同温系统中温度变化造成比辐射率测量误差的瓶颈问题.三种比辐射率测量方法对比表明, 该方法优于其它两种方法.

分析并提供了一个利用MODIS窄波段数据, 估算地表宽波段（8～14 μm）比辐射率的最优估算方程, 并根据该方程获得了塔克拉玛干沙漠地区地表比辐射率特征分布情况。 首先, 沿塔克拉玛干沙漠的两条南北穿越公路, 使用傅里叶变换热红外光谱仪（FTIR）, 选取20个观测点, 获取实测的地表宽波段比辐射率。 其次, 利用MODIS温度产品MOD11A1和MOD11C1热红外区域第29, 31和32波段和MOD09A1近红外区域第7波段数据, 建立待定系数的地表宽波段比辐射率多元线性回归估算方程。 通过FTIR的观测值和MODIS数据确定该估算方程的系数, 并进行误差分析。 研究发现, 使用FTIR观测值, 由MODIS第29, 31和32波段数据的线性回归方程, 可以产生高精度的地表宽波段比辐射率。 加入MODIS第7波段后, 新的线性回归估算方程的精度更高, 均方根误差RMSE为0.004 5, 平均偏差Bias为0.000 1。 与文献中的其他六种估算方程横向对比, RMSE和Bias分别比其他六种估算方程低1和2个数量级。 最后, 利用该估算方程获得了研究区的地表比辐射率分布图, 结果显示, 沙漠中心区域的值为0.880～0.910, 平均值为0.906; 有稀疏植被区域的值为0.910～0.940; 靠近沙漠边缘的绿洲的值为0.950～0.980。

地表温度和比辐射率的准确提取和反演是热红外遥感的核心问题之一.由于地表温度/比辐射率反演问题的病态性, 以及地表—大气强耦合特征等诸多问题, 导致目前反演精度仍有待进一步提高.通过深入挖掘大气吸收峰/谷通道处下行辐射偏移量特性, 提出了一种基于大气吸收线特征的高光谱热红外温度/比辐射率反演方法, 并通过最优通道选择提高了算法的效率和精度.算法一定程度上可抑制大气校正不准确引入的误差, 能够有效提高低比辐射率地物的反演精度.模拟数据结果表明：针对高比辐射率地物, 算法与ISSTES方法的反演精度基本一致; 针对低比辐射率地物, 算法最大可提高温度0.48 K和比辐射率2.1%的精度.地面实测数据结果表明：约77%的样本温度反演误差优于1K, 比辐射率误差均值优于0.01.

针对便携式傅里叶变换红外光谱仪测量比辐射率的不确定性，提出了三种改进的波谱比辐射率测量方法.方法1和方法2借助于附加设备改变环境辐照度实现病态方程可解.方法3基于灰体假设，使用迭代求解获得最接近样品的真实温度的温度解，进而计算得到样品的比辐射率.使用温度测量和傅里叶光谱仪观测计算获得波谱比辐射率作为参考的比辐射率结果，对三种改进的方法进行对比和验证.结果表明，对于高比辐射率的石英板和纸板，三种改进方法的测量结果和参考值吻合较好.而对于低比辐射率的锈铁板和铝板，方法3最为接近参考比辐射率结果，而方法1,方法2由于需要过多的观测环节，存在一定的偏差.此三种方法将为改进便携式傅里叶变换红外光谱仪测量提供依据.

在沙尘气溶胶辐射强迫的影响下, 卫星传感器在分裂窗通道观测到的地表比辐射率信息会发生变化。 首先从微观角度阐述了沙尘气溶胶在11和12 μm通道处的消光特性以及它们对比辐射率的影响; 其次, 以2011年4月29日内蒙古北部地区一次强沙尘天气为例, 分析了研究区域内的比辐射率变化特征, 并在此基础上提出了一种利用分裂窗通道比辐射率遥感判识沙尘气溶胶的方法; 最后, 利用国家气象卫星中心对外提供的沙尘日监测产品对沙尘气溶胶识别结果进行了验证和分析。 结果表明: 在假设12 μm比辐射率为1的条件下, 利用11 μm相对比辐射率不但能够有效的把沙尘覆盖区域识别出来, 而且11 μm相对比辐射率在一定程度上也反映了沙尘的强度信息。

针对某空间目标色温测量技术，提出了一种可用于选择最优波段和提高系统温度分辨力与测温灵敏度的方法。 基于目标不同波长辐亮度的比对，推导了目标单色辐射率之比 与标准黑体波长及色温之间的关系，建立了目标色温测量数学模型，从而巧妙地绕开辐射率对测温工作的不利影响。同时建立了波段优 选评价函数数学模型，并通过分析系统的温度分辨力及测温灵敏度与探测波段之间的关系优选探测波段，提高了色温测量的精度。 基于红外系统进行的波段选择仿真结果表明，在8.0 ～ 8.5 m范围内，当波段宽度取60 nm时，对温度为200 ～ 300 K的空间目标进行色温测量的温度分辨力最高可达到0.07 K。对不同温度目标的温度分辨力与测温灵敏度分别平 均提高了7.9 %和11.3 %。通过波段优选可以有效提高温度分辨力及测温灵敏度，为空间目标探测与识别装置的 研制提供了技术支持。

地表温度是地球环境中的一个关键参数, 可探测地表温度的热红外波段在光谱谱段中占有重要位置。 针对近年来发射的HJ-1B星波段特点, 本研究在基于影像的COST模型大气校正基础上, 以宁夏为研究区, 采用无需大气水汽含量参数的单窗算法反演地表温度, 并采用同步的MODIS温度产品对比验证, 结果表明该法具有<1 K的较高精度。 同时, 对该法的关键参数地表比辐射率进行了敏感性分析, 发现该法对比辐射率不大敏感, 其在中等程度的变化时, 其误差<0.5 K。 从而说明该法反演地表温度的可靠性, 也表明了环境减灾星具有较高精度的地表温度探测能力。

利用MODIS影像数据,采用劈窗算法来反演安徽地区的地表温度。结合Sobrine、覃志豪等提出的NDVI方法 和地物监督分类方法,对地表比辐射率进行了估算, 将反演结果与NASA的地表温度产品进行比较,平均误差在1 K左右。同时利用卫星过境当天从安徽省高密 度自动监测站获取的实时数据对反演结果进行验证,发现 反演温度与地面实测数据的曲线走势具有高度的一致性且有较高的相关性,能直观地反映安徽地区地表温度的空间分布。