本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)，具體涉及一種適用于寒冷環(huán)境下的光譜儀自適應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)：

極地憑借其自身豐富的戰(zhàn)略資源以及獨(dú)特的戰(zhàn)略地理位置，吸引了全球各國將其作為本國重點(diǎn)國家發(fā)展戰(zhàn)略。極地地區(qū)所擁有的大量海冰，鑒于其對(duì)于極地海洋生態(tài)系統(tǒng)、極地上層海洋過程、大氣-海冰-海洋相互作用以及全球氣候變化等方面均具有重要意義，因此成為極地研究的熱點(diǎn)。有研究表明在過去的幾十年中北極海冰正發(fā)生著顯著的變化，海冰覆蓋范圍和面積均顯著減小，多年冰大量融化，取而代之的是更多的一年冰，而造成這種變化很重要一個(gè)原因是太陽輻射。因此針對(duì)海冰環(huán)境下太陽輻射變化情況的長(zhǎng)期原位測(cè)量是十分重要的。

長(zhǎng)久以來，針對(duì)極地海冰環(huán)境太陽輻射的數(shù)據(jù)十分缺乏，長(zhǎng)期連續(xù)數(shù)據(jù)更是沒有，這其中主要原因是極地環(huán)境十分惡劣，在北極海冰環(huán)境下，環(huán)境溫度變化范圍很大，最低溫度能夠低至-40℃，該溫度已經(jīng)大大低于包括光譜儀在內(nèi)的絕大部分光學(xué)傳感器的最低允許使用溫度，同時(shí)非常接近絕大部分電子元器件的允許使用溫度下限。因此用于極地海冰環(huán)境太陽輻射強(qiáng)度測(cè)量的光譜儀必須進(jìn)行特殊溫度相關(guān)性研究校正，方能保證測(cè)量結(jié)果的正確、有效，而該方面是目前市場(chǎng)上絕大部分商用光譜儀無法做到的。此外，極地海冰環(huán)境下，太陽輻射強(qiáng)度在時(shí)間和空間上變化都很大，為太陽輻射強(qiáng)度的長(zhǎng)期連續(xù)測(cè)量帶來了非常大的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，目的在于提出了一種適用于寒冷環(huán)境下的光譜儀自適應(yīng)控制方法，提高光譜儀對(duì)環(huán)境溫度的適應(yīng)性，最大程度上的消除由于外界溫度變化與入射光強(qiáng)度變化所造成的測(cè)量誤差，擴(kuò)大了觀測(cè)系統(tǒng)的有效工作區(qū)間，使得系統(tǒng)能夠自動(dòng)適應(yīng)外界輻射強(qiáng)度與溫度的變化進(jìn)行精確測(cè)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種適用于寒冷環(huán)境下的光譜儀自適應(yīng)控制方法，所述方法包括以下步驟：

(1)光譜儀接受外界入射光信號(hào)，同時(shí)通過光譜儀自帶的溫度傳感器測(cè)量得到外界環(huán)境溫度T，設(shè)定光譜儀曝光時(shí)間為t，獲得對(duì)應(yīng)于此入射光信號(hào)的光譜儀總體輸出M(T,t)；

(2)根據(jù)得到的光譜儀總體輸出M(T,t)，利用遞歸算法，得到光譜儀總體輸出數(shù)據(jù)中的最大值以及相對(duì)應(yīng)的像素值；

(3)對(duì)所述光譜儀總體輸出M(T,t)進(jìn)行分解，得到偏置電壓Md_off(T)、暗電壓Md_dk(T,t)和信號(hào)輸出Ms(T,t)，其中，Ms(T,t)＝M(T,t)-Md_off(T)-Md_dk(T,t)；

(4)確定最佳曝光時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)通過線性差值方法計(jì)算最佳曝光時(shí)間t_op；

(5)將光譜儀的曝光時(shí)間設(shè)置為t_op進(jìn)行測(cè)量，得到測(cè)量結(jié)果(也即總體輸出)。

進(jìn)一步的，所述步驟(3)中對(duì)所述光譜儀總體輸出M(T,t)進(jìn)行分解，包括以下步驟：

(1)將總體輸出M(T,t)分為兩個(gè)部分，即暗輸出Md(T,t)和信號(hào)輸出Ms(T,t)，其中暗輸出Md(T,t)由偏置電壓Md_off(T)和暗電壓Md_dk(T,t)兩部分組成；

(2)基于線性插值和光譜儀偏置電壓校正數(shù)據(jù)Md_{off_c}(T)，對(duì)偏置電壓Md_off(T)進(jìn)行估算；

(3)基于線性插值和暗電壓校正數(shù)據(jù)Md_{dk_c}(T,t)，對(duì)光譜儀暗電壓Md_dk(T,t)進(jìn)行估算；

(4)通過測(cè)量得到的總體輸出M(T,t)減去上述兩部分估算得到的偏置電壓Md_off(T)和暗電壓Md_dk(T,t)，得出信號(hào)輸出Ms(T,t)。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中光譜儀偏置電壓校正數(shù)據(jù)Md_{off_c}(T)和步驟(3)中暗電壓校正數(shù)據(jù)Md_{dk_c}(T,t)均通過實(shí)驗(yàn)所得，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1)在-50～45℃間每隔5℃設(shè)定一個(gè)固定測(cè)量溫度點(diǎn)，并且在每個(gè)測(cè)量溫度點(diǎn)均等待光譜儀內(nèi)部溫度完全穩(wěn)定之后再進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)將光譜儀設(shè)定為高增益模式；

(2)設(shè)定曝光時(shí)間從1ms分15步逐漸增加到40s，分別設(shè)定為1,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,10000,20000,30000,40000；

(3)完全遮蓋光譜儀光纖入口，保證在沒有任何光線進(jìn)入到光譜儀內(nèi)部的情況下，測(cè)量各個(gè)溫度點(diǎn)下光譜儀對(duì)應(yīng)于整個(gè)可見光波段的暗輸出Md(T,t)；

(4)對(duì)步驟(3)中所得暗輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，可以得到在不同溫度下，暗輸出Md(T,t)與曝光時(shí)間t的線性曲線圖；由于偏置電壓Md_off(T)與曝光時(shí)間t無關(guān)，Md_dk(T,t)與曝光時(shí)間t呈正比關(guān)系，因此可知曝光時(shí)間為0時(shí)的暗輸出Md(T,t)即為偏置電壓Md_off(T)，也即線性曲線圖中的截距，且該偏置電壓Md_off(T)就是在溫度T下的光譜儀偏置電壓校正數(shù)據(jù)Md_{off_c}(T)；同時(shí)也可知線性曲線圖中的斜率即為暗電壓Md_dk(T,t)，且該暗電壓Md_dk(T,t)也就是在溫度T下的光譜儀暗電壓校正數(shù)據(jù)Md_{dk_c}(T,t)。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)對(duì)偏置電壓Md_off(T)進(jìn)行估算的步驟如下：

(1)選取兩個(gè)校正溫度T₁和T₂，兩個(gè)校正溫度T₁和T₂滿足關(guān)系式：-50≤T₁≤T≤T₂≤45，得到對(duì)應(yīng)于T₁和T₂的光譜儀偏置電壓校正數(shù)據(jù)分別為Md_{off_c}(T₁,t)和Md_{off_c}(T₂,t)；

(2)基于線性插值理論可得對(duì)應(yīng)于環(huán)境溫度T的偏置電壓Md_off(T)，計(jì)算方法如下：

進(jìn)一步的，所述步驟(3)對(duì)暗電壓Md_off(T)進(jìn)行估算的步驟如下：

(1)選取兩個(gè)校正溫度T₁和T₂，兩個(gè)校正溫度T₁和T₂滿足關(guān)系式：-50≤T₁≤T≤T₂≤45，得到對(duì)應(yīng)于T₁和T₂的光譜儀暗電壓校正數(shù)據(jù)分別為Md_{dk_c}(T₁,t)和Md_{dk_c}(T₂,t)；

(2)基于線性插值理論可得對(duì)應(yīng)于環(huán)境溫度T的暗電壓Md_dk(T,t)，計(jì)算方法如下：

進(jìn)一步的，所述步驟(4)中確定最佳曝光時(shí)間t_op標(biāo)準(zhǔn)如下：在任意工作溫度T(-50～30℃)下，當(dāng)光譜儀工作在最佳曝光時(shí)間t_op時(shí)，其總體輸出大致為線性最大值M_max(T)的80％，也即M_max80(T)；當(dāng)t_op的數(shù)值等于40s(光譜儀最長(zhǎng)曝光時(shí)間)時(shí)依然無法使得總體輸出等于M_max80，那么選擇t_op等于40s。

進(jìn)一步的，所述步驟(4)計(jì)算最佳曝光時(shí)間t_op的步驟如下：

(1)選取兩個(gè)校正溫度T₁和T₂，兩個(gè)校正溫度T₁和T₂滿足關(guān)系式：-50≤T₁≤T≤T₂≤45，查80％線性輸出最大值校正數(shù)據(jù)M_{max80_c}(T)表得到對(duì)應(yīng)于T₁和T₂的80％線性輸出最大值M_{max80_c}(T₁)和M_{max80_c}(T₂)；

(2)基于線性插值理論可得對(duì)應(yīng)于環(huán)境溫度T的光譜儀M_max80估計(jì)值M_max80(T)，計(jì)算方法如下：

(3)將步驟(2)所得的M_max80(T₀)代入公式

M(T,t)＝Md_off(T)+a(T)t+b(T)t中，可得：

其中a(T)和b(T)分別表示在溫度T下光譜儀暗電壓和信號(hào)輸出隨曝光時(shí)間的變化率，a(T)和b(T)在數(shù)值上分別與對(duì)應(yīng)于溫度T和曝光時(shí)間t的暗電壓Md_dk(T,t)和信號(hào)輸出Ms(T,t)相等。

(4)將步驟(3)所得的t_op與40相比，當(dāng)t_op≤40時(shí)，t_op的值保持不變；反之，當(dāng)t_op>40時(shí)，則取t_op等于40。

進(jìn)一步的，所述80％線性輸出最大值校正數(shù)據(jù)M_{max80_c}(T)表為實(shí)驗(yàn)所得，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1)在-50～45℃間每隔5℃設(shè)定一個(gè)固定測(cè)量溫度點(diǎn)，并且在每個(gè)測(cè)量溫度點(diǎn)均等待光譜儀內(nèi)部溫度完全穩(wěn)定之后再進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)將光譜儀設(shè)定為高增益模式；

(2)設(shè)定曝光時(shí)間從1ms分15步逐漸增加到40s，分別設(shè)定為1,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,10000,20000,30000,40000；

(3)放置一個(gè)外部光源，在保證光譜儀獲得一個(gè)穩(wěn)定的輸入光信號(hào)下，測(cè)量各個(gè)溫度點(diǎn)下光譜儀對(duì)應(yīng)于整個(gè)可見光波段的總體輸出M(T,t)；

(4)對(duì)步驟(3)中所得總體輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，可以得到在不同溫度下，總體輸出Md(T,t)與曝光時(shí)間t的關(guān)系曲線圖，由該曲線圖可確定在每個(gè)測(cè)量溫度點(diǎn)，總體輸出的線性區(qū)間范圍，進(jìn)而可計(jì)算出在當(dāng)前溫度下80％線性輸出最大值的具體數(shù)值，該數(shù)值即為溫度T下的80％線性輸出最大值校正數(shù)據(jù)M_{max80_c}(T)。

進(jìn)一步的，所述暗輸出Md(T,t)是指在沒有任何光線入射到光譜儀內(nèi)部時(shí)光譜儀的總體輸出值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)適用溫度范圍寬。本發(fā)明所述自適應(yīng)控制算法，能夠使光譜儀在-50到45℃的工作溫度范圍內(nèi)進(jìn)行自適應(yīng)測(cè)量，是目前絕大部分商用光譜儀無法比擬的；

(2)方法簡(jiǎn)單、高效、可靠性高。決定光譜儀總體輸出大小的兩個(gè)最主要的因素是入射光強(qiáng)度和光譜儀采用的曝光時(shí)間。本發(fā)明通過預(yù)估入射光強(qiáng)度，在校正溫度對(duì)光譜儀測(cè)量影響的基礎(chǔ)上，通過直接控制光譜儀曝光時(shí)間的方式，使得光譜儀的總體輸出位于線性工作區(qū)域之內(nèi)，并且使得絕大部分總體輸出具有較高的信噪比。在達(dá)到控制目的的同時(shí)，使得算法簡(jiǎn)單、高效，并且控制的可靠性高；

(3)占用計(jì)算資源少、適用性強(qiáng)。本方面所述算法只針對(duì)光譜儀總體輸出中的最大值進(jìn)行分析處理，處理的數(shù)據(jù)量??；并且在符合光譜儀偏置電壓、暗電壓和信號(hào)輸出溫度相關(guān)性變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，基于線性插值算法獲得最佳曝光時(shí)間top，計(jì)算方法簡(jiǎn)單高效、占用的計(jì)算資源很少，采用普通的單片機(jī)或者微處理器都可以進(jìn)行處理，適用性強(qiáng)；

(4)可移植性強(qiáng)，本發(fā)明所使用的算法普適性強(qiáng)，可以適用于大部分在寒冷環(huán)境下使用光譜儀進(jìn)行觀測(cè)的試驗(yàn)研究系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的控制流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的光譜儀總體輸出最大值程序計(jì)算流程圖

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的光譜儀總體輸出組成部分及影響因素示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的在環(huán)境溫度0,10,20℃下光譜儀暗輸出與曝光時(shí)間關(guān)系示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的在環(huán)境溫度T下光譜儀總體輸出與曝光時(shí)間關(guān)系示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的最佳曝光時(shí)間t_op計(jì)算流程圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。

本例所述的自適應(yīng)控制方法是基于Atmel公司生產(chǎn)的ATXMEGA128A1，8位單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。其主要解決克服的技術(shù)問題是：(1)提高了觀測(cè)系統(tǒng)的適應(yīng)性，針對(duì)實(shí)時(shí)變化的外部入射光強(qiáng)度以及環(huán)境溫度，對(duì)光譜儀的曝光時(shí)間進(jìn)行控制，使得光譜儀對(duì)于外界環(huán)境溫度與入射光強(qiáng)度的變化不敏感，提高了觀測(cè)系統(tǒng)的抗干擾性，并擴(kuò)大了觀測(cè)系統(tǒng)的有效工作區(qū)間；(2)增強(qiáng)了觀測(cè)系統(tǒng)的可靠性，由于只使用一種控制策略，且方法簡(jiǎn)單，計(jì)算時(shí)間短，并且簡(jiǎn)化了大量數(shù)據(jù)，因此實(shí)用性極強(qiáng)；(3)提高了觀測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度，較大程度的克服了以往由于入射光強(qiáng)度不足，噪聲信號(hào)過強(qiáng)造成系統(tǒng)測(cè)量誤差過大的缺點(diǎn)。

根據(jù)上述特點(diǎn)，結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的控制流程圖(圖1)，其工作步驟描述如下：

(1)光譜儀接受外界入射光信號(hào)，同時(shí)通過光譜儀自帶的溫度傳感器測(cè)量得到外界環(huán)境溫度T，設(shè)定光譜儀曝光時(shí)間為t，獲得對(duì)應(yīng)于此入射光信號(hào)的光譜儀總體輸出M(T,t)；

(2)根據(jù)得到的光譜儀總體輸出M(T,t)，利用遞歸算法，得到光譜儀總體輸出數(shù)據(jù)中的最大值以及相對(duì)應(yīng)的像素值；

(3)對(duì)所述光譜儀總體輸出M(T,t)進(jìn)行分解，得到偏置電壓Md_off(T)、暗電壓Md_dk(T,t)和信號(hào)輸出Ms(T,t)，其中，Ms(T,t)＝M(T,t)-Md_off(T)-Md_dk(T,t)；

(4)確定最佳曝光時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)通過線性差值方法計(jì)算最佳曝光時(shí)間t_op；

(5)將光譜儀的曝光時(shí)間設(shè)置為t_op進(jìn)行測(cè)量，得到測(cè)量結(jié)果(也即總體輸出)。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中光譜儀總體輸出最大值的計(jì)算流程如圖2所示，光譜儀每次總體輸出的256個(gè)數(shù)據(jù)都被存放到一個(gè)大小為256的數(shù)組a[255]中，首先記a[0]為最大值A(chǔ)_MAX，然后通過比較a[1]與a[0]的大小確定這兩個(gè)數(shù)中的較大者，并賦值給A_MAX，確定當(dāng)前的最大值，接著再比較a[2]與最大值A(chǔ)_MAX的大小即可得到這三個(gè)數(shù)中的最大值并賦值給A_MAX，以此類推，通過比較數(shù)組下一元素a[p+1]與最大值A(chǔ)_MAX的大小得到當(dāng)前p+1個(gè)元素中的最大值，直到完成所有256個(gè)數(shù)據(jù)的比較過程，最后輸出總體最大值A(chǔ)_MAX。

進(jìn)一步的，如圖3所示，所述步驟(3)中對(duì)所述光譜儀總體輸出M(T,t)進(jìn)行分解，包括以下步驟：

(1)將總體輸出M(T,t)分為兩個(gè)部分，即暗輸出Md(T,t)和信號(hào)輸出Ms(T,t)，其中暗輸出Md(T,t)由偏置電壓Md_off(T)和暗電壓Md_dk(T,t)兩部分組成；

(2)基于線性插值和光譜儀偏置電壓校正數(shù)據(jù)Md_{off_c}(T)，對(duì)偏置電壓Md_off(T)進(jìn)行估算；

(3)基于線性插值和暗電壓校正數(shù)據(jù)Md_{dk_c}(T,t)，對(duì)光譜儀暗電壓Md_dk(T,t)進(jìn)行估算；

(4)通過測(cè)量得到的總體輸出M(T,t)減去上述兩部分估算得到的偏置電壓Md_off(T)和暗電壓Md_dk(T,t)，得出信號(hào)輸出Ms(T,t)。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中光譜儀偏置電壓校正數(shù)據(jù)Md_{off_c}(T)和步驟(3)中暗電壓校正數(shù)據(jù)Md_{dk_c}(T,t)均通過實(shí)驗(yàn)所得，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1)在-50～45℃間每隔5℃設(shè)定一個(gè)固定測(cè)量溫度點(diǎn)，并且在每個(gè)測(cè)量溫度點(diǎn)均等待光譜儀內(nèi)部溫度完全穩(wěn)定之后再進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)將光譜儀設(shè)定為高增益模式；

(2)設(shè)定曝光時(shí)間從1ms分15步逐漸增加到40s，分別設(shè)定為1,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,10000,20000,30000,40000；

(3)完全遮蓋光譜儀光纖入口，保證在沒有任何光線進(jìn)入到光譜儀內(nèi)部的情況下，測(cè)量各個(gè)溫度點(diǎn)下光譜儀對(duì)應(yīng)于整個(gè)可見光波段的暗輸出Md(T,t)；

(4)對(duì)步驟(3)中所得暗輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，可以得到在不同溫度下，暗輸出Md(T,t)與曝光時(shí)間t的線性曲線圖，如圖4所示，圖中以0,10,20℃的情況為例；由于偏置電壓Md_off(T)與曝光時(shí)間t無關(guān)，Md_dk(T,t)與曝光時(shí)間t呈正比關(guān)系，因此可知曝光時(shí)間為0時(shí)的暗輸出Md(T,t)即為偏置電壓Md_off(T)，也即線性曲線圖中每條曲線與縱坐標(biāo)的截距，且該偏置電壓Md_off(T)就是在溫度0,10,20℃下的光譜儀偏置電壓校正數(shù)據(jù)Md_{off_c}(T)；同時(shí)也可知線性曲線圖中每條曲線的斜率即為暗電壓Md_dk(T,t)，且該暗電壓Md_dk(T,t)也就是在溫度0,10,20℃下的光譜儀暗電壓校正數(shù)據(jù)Md_{dk_c}(T,t)。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)對(duì)偏置電壓Md_off(T)進(jìn)行估算的步驟如下：

(1)選取兩個(gè)校正溫度T₁和T₂，兩個(gè)校正溫度T₁和T₂滿足關(guān)系式：-50≤T₁≤T≤T₂≤45，得到對(duì)應(yīng)于T₁和T₂的光譜儀偏置電壓校正數(shù)據(jù)分別為Md_{off_c}(T₁,t)和Md_{off_c}(T₂,t)；

(2)基于線性插值理論可得對(duì)應(yīng)于環(huán)境溫度T的偏置電壓Md_off(T)，計(jì)算方法如下：

進(jìn)一步的，所述步驟(3)對(duì)暗電壓Md_off(T)進(jìn)行估算的步驟如下：

(1)選取兩個(gè)校正溫度T₁和T₂，兩個(gè)校正溫度T₁和T₂滿足關(guān)系式：-50≤T₁≤T≤T₂≤45，得到對(duì)應(yīng)于T₁和T₂的光譜儀暗電壓校正數(shù)據(jù)分別為Md_{dk_c}(T₁,t)和Md_{dk_c}(T₂,t)；

(2)基于線性插值理論可得對(duì)應(yīng)于環(huán)境溫度T的暗電壓Md_dk(T,t)，計(jì)算方法如下：

進(jìn)一步的，如圖5所示，光譜儀總體輸出M(T,t)由偏置電壓Md_off(T)、暗電壓Md_dk(T,t)和信號(hào)輸出Ms(T,t)組成，其中前者與曝光時(shí)間無關(guān)，而后面兩者均與曝光時(shí)間呈現(xiàn)正比關(guān)系，且在某些光照強(qiáng)度下，光譜儀信號(hào)輸出會(huì)隨著曝光時(shí)間的增加發(fā)生飽和，從而存在非線性信號(hào)輸出區(qū)域，因此所述步驟(4)中確定最佳曝光時(shí)間t_op標(biāo)準(zhǔn)如下：在任意工作溫度T(-50～30℃)下，當(dāng)光譜儀工作在最佳曝光時(shí)間t_op時(shí)，其總體輸出大致為線性最大值M_max(T)的80％，也即M_max80(T)；當(dāng)t_op的數(shù)值等于40s(光譜儀最長(zhǎng)曝光時(shí)間)時(shí)依然無法使得總體輸出等于M_max80，那么選擇t_op等于40s。

進(jìn)一步的，如圖6所示，所述步驟(4)計(jì)算最佳曝光時(shí)間t_op的步驟如下：

(1)選取兩個(gè)校正溫度T₁和T₂，兩個(gè)校正溫度T₁和T₂滿足關(guān)系式：-50≤T₁≤T≤T₂≤45，查80％線性輸出最大值校正數(shù)據(jù)M_{max80_c}(T)表得到對(duì)應(yīng)于T₁和T₂的80％線性輸出最大值M_{max80_c}(T₁)和M_{max80_c}(T₂)；

(2)基于線性插值理論可得對(duì)應(yīng)于環(huán)境溫度T的光譜儀M_max80估計(jì)值M_max80(T)，計(jì)算方法如下：

(3)將步驟(2)所得的M_max80(T₀)代入公式

M(T,t)＝Md_off(T)+a(T)t+b(T)t中，可得：

其中a(T)和b(T)分別表示在溫度T下光譜儀暗電壓和信號(hào)輸出隨曝光時(shí)間的變化率，a(T)和b(T)在數(shù)值上分別與對(duì)應(yīng)于溫度T和曝光時(shí)間t的暗電壓Md_dk(T,t)和信號(hào)輸出Ms(T,t)相等。

(4)將步驟(3)所得的t_op與40相比，當(dāng)t_op≤40時(shí)，t_op的值保持不變；反之，當(dāng)t_op>40時(shí)，則取t_op等于40。

進(jìn)一步的，所述80％線性輸出最大值校正數(shù)據(jù)M_{max80_c}(T)表為實(shí)驗(yàn)所得，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1)在-50～45℃間每隔5℃設(shè)定一個(gè)固定測(cè)量溫度點(diǎn)，并且在每個(gè)測(cè)量溫度點(diǎn)均等待光譜儀內(nèi)部溫度完全穩(wěn)定之后再進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)將光譜儀設(shè)定為高增益模式；

(2)設(shè)定曝光時(shí)間從1ms分15步逐漸增加到40s，分別設(shè)定為1,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,10000,20000,30000,40000；

(3)放置一個(gè)外部光源，在保證光譜儀獲得一個(gè)穩(wěn)定的輸入光信號(hào)下，測(cè)量各個(gè)溫度點(diǎn)下光譜儀對(duì)應(yīng)于整個(gè)可見光波段的總體輸出M(T,t)；

(4)對(duì)步驟(3)中所得總體輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，可以得到在不同溫度下，總體輸出Md(T,t)與曝光時(shí)間t的關(guān)系曲線圖，如圖5中任一曲線所示，由該曲線圖可確定在每個(gè)測(cè)量溫度點(diǎn)，總體輸出的線性區(qū)間范圍，進(jìn)而可計(jì)算出在當(dāng)前溫度下80％線性輸出最大值的具體數(shù)值，該數(shù)值即為溫度T下的80％線性輸出最大值校正數(shù)據(jù)M_{max80_c}(T)。

進(jìn)一步的，所述暗輸出Md(T,t)是指在沒有任何光線入射到光譜儀內(nèi)部時(shí)光譜儀的總體輸出值。

如圖7所示，該圖為使用本發(fā)明的一種極地海冰多層位光譜輻射觀測(cè)系統(tǒng)測(cè)量示意圖，該系統(tǒng)利用光纖探頭將外部光線引入光譜儀中，隨著入射光強(qiáng)度以及外部環(huán)境溫度的不斷變化，該系統(tǒng)利用本發(fā)明所述方法針對(duì)光譜儀的曝光時(shí)間進(jìn)行控制，使系統(tǒng)在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)(-50～30℃)的輸出都在其線性范圍內(nèi)，并滿足信噪比要求，很好的完成了冰內(nèi)不同層位太陽輻照度的測(cè)量。

雖然本說明書通過具體的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明使用的參數(shù)，結(jié)構(gòu)及其光譜測(cè)量方法，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚的是，隨著技術(shù)的發(fā)展，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式不限于實(shí)施例的描述范圍，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和精神范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和替換，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍視權(quán)利要求范圍所界定。