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天空亮度的实时测量与理论分析在空间目标识别、气溶胶光学特性反演以及太阳能系统、采光设计等领域有着重要的应用。本文从理论上研究了辐射在大气中传输的基本过程以及地面反照率在地表辐射平衡中的作用;简要叙述和分析了基于输运理论建立辐射传输方程的过程以及求解辐射传输方程的基本方法;分析了探测天空亮度和下垫面反射亮度的可行性与意义。
为了实现全天空各个方位亮度的实时测量，本文提出了一种球形结构的探测体设计，研制出了可实时监控的宽波段天空亮度测量仪——全方位天空背景亮度测量仪，利用标准灯漫反射板系统联合大口径积分球系统进行仪器辐亮度绝对定标，实现了白天可见和近红外波段天空亮度的实时测量。详细阐述了仪器的技术指标、工作原理、结构组成和研制。
利用积分球和已知的Si陷阱探测器线性测量系统对仪器线性度进行测量，结果表明仪器探测系统线性因子≥0.99767，在所测光功率范围内线性度良好。将仪器所测结果与MODTRAN理论计算结果和DTL-1测量结果进行对比，结果表明趋势一致，验证了仪器测量数据的可靠性。利用仪器在合肥地区进行了白天天空亮度的测量，得到了不同天气条件下天空亮度时间分布图、典型天空亮度分布等值线图和典型地表反照率日变化图，初步分析了天空亮度的分布特征。