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申请/专利权人：烟台大学

摘要：本发明公开了基于O2的大气带及近红外大气带临近空间50‑130km内温度廓线计算方法。本发明通过利用临边观测模式测量不同辐射特性的O2b1∑+g波段和O2a1∆g波段气辉辐射强度图像，联合反演得到了临近空间的大气温度廓线。由于O2分子气辉辐射的谱带形状满足玻尔兹曼分布，因此温度变化会影响其光谱形状。利用O2b1∑+g波段和O2a1∆g波段气辉辐射强度图像反演得到整个临近空间的大气温度廓线。本发明基于O2大气带及近红外大气带气辉的临近空间温度廓线计算方法，在保证反演精度的前提下，拓宽了利用氧气分子气辉光谱反演临近空间大气温度场的范围。具有反演温度的高度范围宽、反演精度高的优点。

主权项：1.基于O2的大气带及近红外大气带临近空间50-130km内温度廓线计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，获取50-150km海拔高度观测波长λb、λa的O2b1∑+g波段和O2a1Δg波段的观测光谱数据和并消除拟合噪声干扰,获得基于50-150km目标层海拔高度的观测标准光谱数据S2，基于“剥洋葱”算法分别将基于目标层海拔高度的观测标准光谱数据逐层破解，获得50-150km海拔高度之间O2b1∑+g波段和O2a1Δg波段每一层的单线气辉辐射光谱强度值，由于O2b1∑+g波段和O2a1Δg波段的有效目标层海拔高度集合为H1、H2，因此，构建基于目标层海拔高度集合H1、H2的观测光谱强度数据集 其中，80≤H1≤130km，50≤H2≤100km，h1∈H1，h2∈H2，750≤λb≤790nm，1210≤λa≤1340nm，为目标层海拔高度集合H1、H2中任意海拔高度h1、h2的单线气辉辐射光谱强度值；步骤S3，基于气辉理论光谱数据校正构建温度廓线拟合模型，通过气辉理论光谱数据对观测光谱强度数据集拟合校正，减小“剥洋葱”算法逐层破解导致的误差累积，得到基于目标层海拔高度集合H1、H2的观测光谱强度数据集的目标层温度集合其中，步骤S3包括如下步骤：S31，通过分别计算理论跃迁波长λ1、λ2的O2b1∑+g波段和O2a1Δg波段在温度集合T中任意温度t1、t2的单线气辉辐射光谱强度值构建基于温度集合T的气辉理论光谱数据集EUb、EUa， 其中，100≤T≤700K，t1∈T，t2∈T，750≤λ1≤790nm，1210≤λ2≤1340nm，n1、n2分别为理论跃迁波长λ1、λ2对应的数据量；S32，通过气辉理论光谱数据集EUb、EUa对观测光谱强度数据集进行插值处理，将基于目标层海拔高度的观测光谱强度数据集Vb80-130、映射为与温度集合T对应的完备光谱数据集即通过完备光谱数据集将观测光谱强度数据集与气辉理论光谱数据集EUb、EUa建立映射关系， 其中，为目标层海拔高度集合H1、H2中任意海拔高度h1、h2的单线气辉辐射光谱强度值；S33，基于O2b1∑+g波段和O2a1Δg波段的完备光谱数据集和气辉理论光谱数据集EUb、EUa，构建任意海拔高度h1、h2的均方误差集合F1h1、F2h2，包括如下步骤：1计算完备光谱数据集中任意海拔高度h1的单线气辉辐射光谱强度与气辉理论光谱数据集EUb中每一个单线气辉辐射光谱强度之间的目标层单线均方误差f1h1,t1，并构建基于任意海拔高度h1的均方误差集合F1h1，F1h1＝[f1h1,100,f1h1,101,...,f1h1,t1,...,f1h1,700]，t1∈T2计算完备光谱数据集中任意海拔高度h2的单线气辉辐射光谱强度与气辉理论光谱数据集EUa中每一个单线气辉辐射光谱强度之间的目标层单线均方误差f2h2,t2，并构建基于任意海拔高度h2的均方误差集合F2h2，F2h2＝[f2h2,100,f2h2,101,...,f2h2,t2,...,f2h2,700]，t2∈TS34，由于步骤S32已经建立的完备光谱数据集与气辉理论光谱数据集EUb、EUa之间的映射关系，分别遍历海拔高度为h1、h2的均方误差集合F1h1、F2h2中的所有单线均方误差f1h1,t1、f2h2,t2，对单线均方误差f1h1,t1、f2h2,t2对应的单线气辉辐射光谱强度进行反函数求值，选取单线均方误差f1h1,t1、f2h2,t2为最小值时的单线气辉辐射光谱强度对应的温度t1、t2，即为完备光谱数据集中海拔高度为h1、h2时单线气辉辐射光谱强度的目标层温度tp1h1、tp2h2，进而实现从基于海拔高度的观测光谱数据和中得到目标层的温度信息，tp1h1＝argminf1h1,t1tp2h2＝argminf2h2,t2S35，遍历目标层海拔高度集合H1和H2内所有的海拔高度值，计算目标层海拔高度集合H1和H2内所有的目标层温度tp1h1、tp2h2，然后，构建O2b1∑+g波段和O2a1Δg波段的目标层温度集合 步骤S4，基于O2b1∑+g波段和O2a1Δg波段的目标层温度集合联合反演生成基于观测光谱数据的临近空间50-130km内温度廓线，将O2b1∑+g波段目标层温度集合中所有目标层温度tp1h1与O2a1Δg波段目标层温度集合中海拔高度值为50-79km的所有目标层温度tp2h2平滑连线，生成基于观测光谱数据的临近空间50-130km内温度廓线；或者，将O2a1Δg波段目标层温度集合所有目标层温度tp2h2与O2b1∑+g波段目标层温度集合中海拔高度值为101-130km的所有目标层温度tp1h1平滑连线，生成基于观测光谱数据的临近空间50-130km内温度廓线。

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