用于实时高精度测量来自至少一个源的电磁辐射的大气衰减的系统

技术领域

本发明，即用于在至少一个源的地球水平处实时高精度测量太阳射线的电磁辐射的大气衰减的系统，涉及一种用于测量光谱的每个波长的单色衰减、在光谱测量范围中的光谱衰减和总衰减的系统。本发明还涉及一种测量方法。为了在最终测量中实现最高水平的准确度，已经开发了该系统和方法。本发明引入了超出现有技术水平的相关技术改进。

本发明提供了整个太阳光谱范围内的衰减的测量，以用于最佳的能量系统效率评估，并且用于实现对引起所述衰减的气象现象的差分测量，从而提供了用于该特定领域中的气象预报的相关信息。

本发明包括在通过捕获太阳能而产生能量的行业中。

背景技术

中央接收器太阳能发电站的效率受收集器元件组、定日镜的光学效率以及随后由所述收集器反射到接收器元件的太阳射线的大气衰减的影响。这是影响电站性能的显著现象，特别是在低能见度的天气，在这种天气中，地球大气中存在的气溶胶和气体的浓度含量较高。

由收集器元件在太阳射线的路径上朝向接收器元件反射的太阳射线的大气衰减是由于当它们在地球水平处穿过大气时电磁波的散射(或扩散)和吸收的现象引起的。散射(即波的方向改变)和能量吸收现象两者都是由于与悬浮在大气中的颗粒和气溶胶以及溶解在其中的气体的相互作用引起的。这种衰减是太阳射线的路径中存在的分子的类型和数量的函数。

在所述射线的路径中的主衰减元素是悬浮的气溶胶、小颗粒(固体或液体)。它们难以建模和预测，并且来自各种各样的源(例如悬浮粉尘、沙尘暴、城市和工业污染、海雾等)。气溶胶情况下的主要衰减现象是散射，根据气溶胶尺寸分布，这种散射表现出强的光谱依赖性(Shaw，G.E.，Reagan，J.A.，和Herman，B.M.(1973)，Investigations ofatmospheric extinction using direct solar radiation measurements made with amultiple wavelength radiometer(使用利用多波长辐射计进行的直接太阳辐射测量的大气消光情况的调查)。应用气象学杂志，12(2)，374-380)。此外，在所述射线的路径中存在的大气气体引起散射和吸收(水蒸气、臭氧、NO

因此，应当指出，存在于由收集器元件在太阳射线的路径上朝向接收器元件反射的太阳射线行进的距离中的大气空气质量(包括其悬浮颗粒)构成了光谱过滤器，该光谱过滤器可在全天变化，这取决于气溶胶、空气化学组成以及甚至气象参数的变化(Rahoma，U.A.和Hassan，A.H.(2012)，Determination of atmospheric turbidity and itscorrelation with climatologically parameters(大气浊度的确定及其与气候参数的关联)，Am.J.Environ.Sci，8，597-604；以及Wen，C.C.，和Yeh，H.H.(2010)，Comparativeinfluences of airborne pollutants and meteorological parameters onatmospheric visibility and turbidity(空气中污染物和气象参数对大气能见度和浊度的对比影响，大气研究，96(4)，496-509)。同样，地球大气也构成了来自太阳的太阳辐射的可变光谱过滤器，这取决于大气组成(主要是气溶胶和水蒸汽)和辐射行进穿过所述大气的长度(取决于一年的时间和一天的时间)，这使得到达地面的太阳辐射光谱在整年甚至在整天都是可变的(Iqbal，M.(2012)，An introduction to solar radiation(太阳辐射介绍)，爱思唯尔)。

因此，为了根据地球水平处的大气成分(包括气溶胶)进行适当的表征和建模，有必要对在地球水平处的太阳辐射的衰减现象进行光谱分析。换句话说，同时测量反射射线的光谱大气衰减以及其它气象变量将允许我们根据气象学中的常见变量对所述衰减进行建模。同样，所述建模允许基于所述气象值的历史记录来估计不同位置的衰减，并且对太阳能发电厂的位置进行更好的选择。

应当指出，引起大气衰减的所有现象都通过以特定和单一的方式改变形式而在太阳辐射的整个光谱范围内产生了太阳辐射的差分变化，这最终影响太阳辐射积分强度的变化。因此，例如，水蒸汽在红外区域(尤其是940、1100、1380和1870nm)中具有特定的吸收带，而由颗粒产生的散射在光谱的紫外和可见区域具有更大的影响。图1示出了在低(中间曲线，实线)和高(底部曲线，虚线)大气水蒸汽浓度下，在地球水平处的地球外太阳辐照度光谱(顶部曲线，实线)以及两个直接的法向辐射光谱。图1又示出了光谱水蒸汽透射率的曲线图。

因此，在每个波长处测量差分大气衰减允许区分导致差分大气衰减的不同物理现象，并且量化它们中的每一个，这最终一方面对总大气衰减的精确测量具有显著的影响，而且对基于关于各种大气和气象现象的可用信息的预测也具有非常显著的影响。

目前，还没有已知的用于在地球水平处对单色大气衰减进行光谱测量的系统，这限制了在总大气衰减的测量和/或估计中可获得的最终精度以及根据其它气象变量对大气衰减的量化。

在现有技术中，存在用于测量总衰减的实验建议，即，不考虑光谱内的频率。这些建议中的一个是基于使用定日镜、用于具有中央技术的设备中的收集器以及用于测量来自太阳并由定日镜在不同位置处反射的直接辐射的目的的各种对准的日温计(GoebelO.Luque F.，Alobaidli Salbidoigeta I.2011，Beam attenuation test for centralpower plants in high density aerosols atmosphere(用于中央发电厂的高密度气溶胶大气中的射束衰减测试)，设置方法论，西班牙，格拉纳达省，Solarpaces；以及TahboubZ.Al Alobaidli A.Luque F，Salbidoigeta I.，Farges O.，Hassar X.，Oumbe A.，GeuderN.，Goebel O.，2012，Solar beam attenuation experiments in Abu Dhabi,SolarMarrakech,Morocco(在阿布扎比、太阳能马拉喀什、摩洛哥的太阳射束衰减实验))。借助于这种基于不同日温计中的辐射测量的差异的系统，总的地球的而非光谱太阳衰减的测量不同。此外，已经表明，这种经验存在主要的不确定性，这根本上是由于日温计的精度以及定日镜的几何形状和所使用的射线跟踪的不确定性。

还有基于使用数码相机的其它建议(Ballestrin J.，Monterreal R.，CarraM.Fernández-Reche J.，Barbero J.，Marzo A.，2016，Measurement on solar extinctionin tower plants with digital cameras(用数码相机对塔式设备中的太阳消光的测量)，AIP会议记录1734，13002)，特别地基于用数码相机同时获取不同距离处屏幕的照片。在这种意义上，所述测量不是光谱的，并且此外，它不具有本发明中提出的用于选择性感测辐射的系统，这使得所述系统的精度有限。具体地，该论文量化了设备的测量能力并将设备的测量能力限制到仅发生约73％的消光的区域。数码相机所使用的光学器件即变焦透镜相对于本发明中所使用的光学器件在几个方面受到限制，因为它限制了测量中的可用功率，妨碍了单色光谱测量。数码相机变焦透镜使用具有长焦距(高达1000mm)的透镜系统，以借助于对其中发光度不是限制因素的光谱的积分或综合辐射测量来执行对遥远物体的图像的捕获。这些系统存在发光度限制，使得它们不适合单色光谱测量，单色光谱测量需要比由该系统提供的数量级大至少一个数量级以达到期望的精度。除了发光度限制之外，另一个限制是这些变焦透镜所使用的图像的尺寸，因为它们通过将阵列光谱仪耦合到变焦透镜而直接在相机的CCD(电荷耦合器件)传感器上形成图像，即将导致信号强度发生损失的几毫米的图像，这限制了其精度。

因此，在现有技术的解决方案中发现了以下问题：

-在大于约800米的距离处，所捕获的光可能不是排他地来自有用的源，该源的光将被测量，因此提出了使用望远镜系统。

-在使用透镜的那些系统的测量中存在色差，因此不能确保所有波长被成像在相同的图像平面上。

-所述测量没有考虑到在由所述有用源反射的光与所述有用源和用于测量的系统之间的大气反射的漫射光之间存在的差异。

-测量不包括太阳的整个光谱范围，优选地在300nm和1650nm之间，即可见范围和近红外范围，使得由于必须基于可见范围中的大气衰减假设红外范围的大气衰减的光谱形式(未由已知系统测量)而出现显著的误差。

-在测量中存在误差，所述误差源自测量传感器的响应是波长相关的这一事实，并且因此给予光的各种光谱成分不同的权重；以及

-现有技术中没有对大气衰减原因进行研究和诊断的系统。

-现有技术中没有以差分方式进行单色大气衰减、光谱衰减和总衰减的测量的系统。

鉴于上述内容，本发明提出了一种用于测量光谱大气衰减的系统和方法，其允许在所述衰减的测量中获得更高的精度。

发明内容

本发明，即用于实时测量来自至少一个源的电磁辐射的大气衰减的系统，具有作为第一目的的根据权利要求1的系统。所述系统用于通过在地球水平处对太阳辐射进行光谱测量来实时表征太阳光谱中电磁辐射的大气衰减的原因。具体地，本发明涉及一种用于最佳精确测量以下各项的系统：

-光谱的每个波长的单色衰减，单色衰减被理解为在具有由测量设备提供的光谱宽度的光谱的波长处的这样的衰减；

-在光谱测量范围中的光谱衰减，光谱衰减被理解为在整个光谱测量范围中的所有波长处的这样的单色衰减集；以及

-总衰减，总衰减被理解为通过对在用太阳光谱加权的光谱测量范围中的光谱衰减进行积分而计算的这样的衰减。

该系统基于至少两个光感测装置的分开布置，所述至少两个光感测装置与测量装置相关联并且与光源或有用源对准，以借助于撞击所述光感测装置的光谱能量的实时差来推断太阳能在将所述光感测装置分开的距离中的衰减。

具体地，本发明的目的是用于实时测量来自至少一个源的电磁辐射的大气衰减的系统，所述至少一个源优选地为反射入射太阳辐射的半球反射屏幕，并且所述系统至少具有以下元件：

-至少两个望远镜光学装置，该至少两个望远镜光学装置用于捕获仅来自所述有用源的辐射的射束，并且位于距所述源不同距离处，这确保仅捕获来自光源的辐射；

-至少一个实时检测和测量装置，该至少一个实时检测和测量装置优选地为光电二极管阵列光谱仪，(优选地通过光导纤维)光学地连接到所述望远镜光学装置中的每一者，以提供至少在包括在300nm和1650nm之间的光谱范围内的辐射的同时单色光谱测量，所述光谱范围包括紫外、可见和红外范围；

-至少一个处理器，该至少一个处理器用于从由所述检测和测量装置检测的并且与这些装置相关联的信号进行测量；

-至少一个通用处理器，该至少一个通用处理器用于基于每个检测和测量装置的每个处理器的数据在所述检测和测量装置之间进行通信，以从所记录的信息并通过实时对比所述信息来计算单色衰减、光谱衰减和总衰减值；

-至少一个系统，该至少一个系统用于(优选地通过数码相机(优选地CCD)显示所捕获的图像)将所述望远镜装置与所述源对准。

望远镜是一种具有长焦距的光学系统，当应用需要在低发光度条件下进行质量测量时(如在天文应用中发生的)，该光学系统借助于反射镜构建，或者在高发光度条件下通过透镜构建。望远镜包括两个主要光学元件：物镜和目镜。反射镜物镜的尺寸不受限制(如物镜透镜)，这允许增加测量中的可用辐射。目镜允许布置准直的射线射束和形成小的图像。

在本专利的情况下，使用由物镜、目镜和位于两者之间的光阑构成的反射式望远镜系统允许：

-在目镜之后使射束分束，以将一部分带到阵列光谱仪而将另一部分带到相机的传感器，以使得能够确保仅测量来自屏幕的辐射；

-控制所述系统的入口孔径以确保仅来自所述屏幕的辐射进入所述光谱仪；

-具有用于单色光谱测量的足够辐射，因为望远镜系统允许增加捕获的辐射。

在第一次分束之后，被带到阵列光谱的射束的部分又被分成与每个光学装置相关联的检测和测量装置一样多的射束，使得分束的射束被引导到并聚焦在所述测量装置上，每个测量装置覆盖待测量光谱范围的不同区域。光学装置和(一个或多个)测量装置之间的连接优选地由光导纤维执行。这种分束可以通过光学射束分束器或通过多纤维来完成，由两根或更多根光导纤维构成的线缆被理解为是多纤维，其中在多纤维的光入口端处，所有纤维都在一起，使得每根纤维收集部分光束，而在多纤维的另一端处，每根纤维是分离的，并且允许将其所引导的光的一部分带到不同的点。同样，测量装置可以是光电二极管阵列光谱仪或单色仪。

本发明的第二目的是一种利用如上所述的系统对来自源的电磁辐射的大气衰减进行实时测量的方法。具体地，该测量方法包括以下步骤：

a)将位于距所述源不同距离处的至少两个望远镜光学装置朝向所述电磁辐射源对准；

b)借助于至少两个望远镜光学装置中的每一者捕获来自所述源的电磁辐射的射束；

c)在由检测装置覆盖的各种光谱区域中检测并进行单色测量，并对所捕获的辐射进行测量；以及

d)通过对比单色光谱测量来实时计算单色大气衰减、光谱衰减和总衰减。

该方法考虑了在将装置朝向有用的电磁辐射的有用源对准之前的选择，该选择是：将所述装置与黑色目标或吸收屏幕对准以测量背景光，并且随后考虑从衰减的测量中排除背景光，使得在从屏幕到光学装置的路径上散射的并且不是来自从屏幕行进到所述装置的射束(其将被测量)的所有光不影响最终测量。

此外，该方法允许在计算大气衰减之后应用光谱学技术和光谱分析来识别和辨别引起先前计算的大气衰减的现象。

同样，为了执行测量系统的校准，在对准望远镜光学装置之前，通过将望远镜光学装置定位在距电磁辐射源相同的距离处来执行用于校准检测和测量装置的过程是方便的。

使用作为本发明的目的的系统和方法，相对于现有技术的系统，衰减测量的精度增加。

本发明允许以1至3毫弧度的数量级的接收角(入射光射线被捕获并被测量装置测量的最大角度)捕获来自有用源的光，以确保在1千米的距离处仅捕获来自系统的所述源的光。这是因为望远镜光学装置包括用作具有长焦距和非常小的入口光阑的物镜的光学系统，使得光学系统的接收角(定义为物镜的入口光阑与焦距之间的比率)非常小，大约1毫弧度。因此，布置在距有用源1千米距离处的望远镜光学装置仅捕获由尺寸为1米[1毫弧度x1千米＝1米]的物体反射的光。如果接收角不受限制，系统将捕获来自系统的有用源外部的光，这可能导致测量误差。在使用相机作为传感器的现有技术的系统的情况下，这些限制了它们用于计算光功率的相机的像素的接收角。如果存在色差，这将导致问题，因为每个波长可以被带到数码相机的不同像素。

为了保证测量的最高准确度，作为本发明的目的的系统优选基于作为光学成像元件的反射器，以确保没有色差，并因此确保所有波长成像在同一平面图像上。通过使用反射器或反射镜(作为光学元件)，色差问题不会发生。在使用数码相机作为传感器的情况下，色差可以导致误差，因为每个波长都可以在相机的不同像素中成像，所以将存在其中检测来自有用光源或目标的光和来自有用光源外部的光的像素。

本发明考虑优选地使用两个目标作为光源的可能性，高反射或白色目标用作用于测量大气衰减的有用光源，而零反射或黑色目标如上所述用于测量大气衰减的系统中的背景光的测量。在基于数码相机的现有技术的测量系统中，仅使用作为日光反射目标的有用光源。这可能代表一个问题，因为不仅来自目标的光到达测量系统，而且由大气反射的部分漫射光也到达测量系统，所述部分漫射光在从相机到目标的直接路径上并且形成背景光，所述背景光可随着大气的条件变化并且被添加到来自目标的光。在作为本发明的目的的测量系统中也是如此，即，检测目标的光和在从目标到测量系统的直接路径中的部分漫射光，并且由于这个原因，为了消除漫射背景光，系统提出使用不反射任何太阳光的暗目标。因此，当测量系统瞄准暗目标时，仅测量作为从测量中消除的背景光的漫射光。在该系统的优选实施方式中，白色目标将被布置为源，并且在其旁边，优选地在其之下为黑色目标。因此，为了进行测量，望远镜光学装置将首先必须朝向黑色目标定向以测量漫射背景光，并且然后望远镜光学装置将必须朝向白色目标定向以通过消除黑色目标的测量来测量有用光源。

如上所述，在太阳的整个光谱范围内，即从紫外到近红外范围内进行衰减测量，防止了现有技术中出现的明显误差，因为不需要从可见光范围内的大气衰减中假定红外的大气衰减的光谱形式。由于专门使用硅传感器或其感测元件由硅制成的数码相机，专门在可见光谱中测量功率限制了对高达1050nm的光谱范围的检测。然而，大部分太阳辐射存在于红外光谱中，即高达约1600nm，并且大气衰减在可见光范围内与在红外范围内不具有相同的权重。借助于在整个太阳光谱内进行测量，避免了现有技术的系统中出现的测量中的显著误差。因此，本发明提出使用硅传感器测量300nm至1050nm的光谱，使用砷化铟镓(InGaAs)传感器测量900nm至2600nm的光谱，从而覆盖整个太阳光谱，以实现更精确的测量。然而，出于技术和经济原因，在不损失可感知的准确度的情况下，针对本发明的优选实施方式提出了测量高达1650nm的光谱。

同样，作为本发明的目的的系统对所检测辐射的光学光谱进行测量，这与对所测量辐射的光谱的功率进行积分测量的已知系统不同，因此避免了测量中的误差。这些误差是由于硅和InGaAs传感器具有强烈的依赖波长的响应。例如，在硅中，600nm处的响应是800nm处的响应的一半，因此如果不进行光学光谱的测量，则不能忽视这种依赖性。现有技术的所有系统都利用传感器或数码相机进行测量，因此，这是一种对所测量的光的整个光谱进行积分的测量，无论所测量的光是来自LED(发光二极管)或灯还是太阳，其中，源的光谱与检测器的响应相乘。因此，检测器的响应不能被忽视。如果大气衰减在不同波长下变化，如实际上所做的那样，在现有技术的系统中，由于例如在800nm处的变化将具有两倍于在600nm处的变化的测量的权重，因此在大气衰减的测量中可能存在误差。为了避免这种情况，必须进行光谱测量，这正是本发明的系统所做的，使得其允许消除硅和InGaAs对于每个波长的响应，从而获得大气衰减的更精确的测量。

因此，即，对测量光的光学光谱进行测量这一事实，由于测量大气的光谱衰减是识别衰减原因的唯一方式，所以可以进行大气衰减的原因的研究和诊断，如已经进行了测量大气的光谱衰减。此外，结果，作为本发明的目的的系统是唯一能够建立可以用其它湿度、颗粒、污染类型测量装置等测量的大气条件与大气衰减之间的相关性的系统。因而，增强了在用于地点选择和前期可行性研究的太阳能资源评估中对衰减现象的评估以及在运行工厂中对衰减现象的预测。

附图说明

以下附图被附到本说明书，并且以说明性和非限制性的方式示出了本发明的优选实施方式：

图1示出了对于各种浓度的大气水蒸汽来说地球外太阳辐射光谱(顶部曲线)以及在地球水平处的光谱。它还在右上部分示出了水蒸汽透射率。

图2示出了作为本发明的目的的用于测量太阳辐射的衰减的系统的实施方式的优选图示。

图3示出了作为本发明的目的的用于测量太阳辐射的衰减的系统的实施方式的第二优选图示，其中在该系统中包括吸收屏幕。

图4示出了用于捕获光束的望远镜光学装置的优选图示。

图5示出了配备有分束器的检测和测量装置的优选图示。

图6示出了配备有多纤维的检测和测量装置的优选图示。

图7示出了由用于计算光谱衰减的参考装置和测量装置进行的测量光谱(相对于波长采取任意单位(a.u.)的强度)。

图8示出了导致现有光谱衰减的两个前述测量之间的变化(相对于波长的％变化)。

具体实施方式

如前所述，本发明涉及一种用于在每个波长以差分和精确的方式，即以光谱方式测量电磁辐射的大气衰减的系统和方法，允许表征在包括在各点之间的空间中引起大气衰减的现象。

所提出的系统(图2和图3)优选地由电磁辐射的有用发射源40和用于捕获由所述源发射的辐射的至少两个装置10、20组成，所述至少两个装置彼此分开并且与所述源40相距不同的距离。电磁辐射的有用发射源可以是人造的和自然的(太阳既作为直接源又作为反射源)。用于捕获电磁辐射的光学装置10、20必须是可望远的，并且必须确保捕获仅来自所述源40的电磁辐射，这是通过使接收角(捕获入射光射线的最大角度)适应于系统的几何考虑(源的尺寸以及源40和检测装置10、20之间的距离)来实现的。优选地，有用源是反射来自太阳60的直接太阳光束或先前由至少一个定日镜50反射的光束的屏幕40。例如，接收角(α)是1毫弧度，如上定义的，接收角(α)是来自物体或源的射线撞击检测系统并由所述检测系统检测的最大角度。

参考望远镜光学装置10和测量装置20(它们每个都布置在距源40不同的距离D处)优选地具有望远镜物镜11，然后是确定装置10、20的焦距1的视场光阑12，然后是目镜13以放大信号并形成图像(图4)。在目镜13之后，射束分束器15(图5)或多纤维25(图6)可以用于将捕获的信号分束并朝向每个检测和测量装置23、24引导。

应该指出的是，使用反射式望远镜(其使用反射镜代替透镜来聚焦光和成像)，该反射式望远镜防止接收角(α)随着波长而改变。望远镜光学装置10、20可以使用折射型望远镜。

由望远镜光学装置10、20捕获的来自源40的电磁辐射将被传导到与每个望远镜光学装置10、20相关联的至少一个实时检测和测量装置23、24(图2至图6)，该至少一个实时检测和测量装置将在对于所考虑的应用而言足够宽的光谱范围中(优选在300nm和1650nm之间(见图7))提供其光谱的同时实时测量。作为结果，从每个检测和测量装置23、24的测量获得的光谱曲线的对比将提供所考虑的电磁辐射的相对光谱大气衰减(见图8)。在两个光学装置10、20之间执行预先校准允许获得光谱衰减的绝对测量。

根据优选实施方式(图2)，并且如所讨论的，作为电磁辐射的发射源，本发明提出了由位于最大高度处的光漫射白色屏幕40以半球形方式反射实际太阳光60，在该最大高度处，将利用望远镜光学装置10进行衰减的测量，该望远镜光学装置10靠近所述源并且用作位于地面水平处的光信号的参考测量，望远镜光学装置20位于距离源更远地定位并且用作由也位于地面水平处的大气衰减的光信号的测量。另外，可增加由所述屏幕40反射的能量，从而使由一个或多个定日镜50反射的太阳能撞击所述屏幕40。根据所述优选实施方式，屏幕40位于集中式中央接收器(或塔架30)太阳能发电站的接收器的高度处，并且与它们的用于检测和测量衰减的光信号的检测和测量装置23、24相关联的望远镜光学装置10、20位于相对于太阳能场中的中央接收器的两个距离处，例如在距源40 300米(参考装置10)和1600米(测量装置20)处。这些距离可以根据太阳能场的大小或其它调节因素而变化。

使用太阳60作为光源简化了光学系统，并确保了适于在实际地点(或任何其它地点)处对衰减现象建模的光谱分布和范围，以便在没有记录数据的情况下进行预测和资源估计。

应当指出，尽管其它几何形状也是可能的，但是优选地圆形或矩形的屏幕40必须具有半球反射以避免在反射中存在优先方向，并且由此具有空间上均匀的源。同样，该屏幕40必须具有足够大的尺寸，以确保最远的衰减的光信号的望远镜光学装置20仅捕获来自屏幕40的光，从而避免可能引起测量中的不确定性的可变背景信号。屏幕的尺寸(T)必须与光信号的光学测量系统20的接收角(α)或入口孔径以及所述系统20和屏幕40之间存在的距离(D)相关，根据以下等式：

T≥D*tan(α)

具体地，对于1600米的距离和1毫弧度的孔径，所述源的尺寸必须大于具有大约1.6米直径的圆。用于测量光信号的光学系统的入口孔径的值由物镜11和视场光阑12的焦距确定。优选实施方式提出，一旦光信号被参考光学装置10和用于测量衰减的光信号的光学测量装置20捕获，它们就通过光学部件，优选地通过光导纤维21、22被传输到光电二极管阵列光谱仪23、24，以便通过两个望远镜装置10、20同时实时测量其光谱。

为了在太阳光的情况下覆盖足够的光谱范围，所述优选实施方式提出使用两个光电二极管阵列光谱仪作为检测和测量装置23、24：一个优选地是在300nm到1050nm范围内的硅检测器阵列23，另一个优选地是在900nm到1650nm范围内的InGaAs检测器阵列24。为了能够实时测量两个光谱范围，由每个望远镜光学装置10、20捕获的射束必须被分束，优选地利用射束分束器15，不过也可以通过多纤维25，并且借助于聚焦透镜16、18聚焦在光学部件23、24上，优选地聚焦在光导纤维21、22、25上。

此外，需要一种允许将望远镜系统与屏幕对准的系统，所述系统包括光学和机械部件。这种对准要求在描述之前将射束分束14，以便能够在数码相机17(优选地为CCD)中显示所捕获的图像。在优选实施方式中，提出了手动地将望远镜系统10、20朝向屏幕对准。

望远镜光学装置10、20以及检测和测量装置23、24的所述图示一起形成了参考系统和用于测量衰减的光信号的系统。每个所述装置提供了对由屏幕反射的范围在300nm至1650nm内的太阳光的光谱曲线的测量，例如具有0.5nm的光谱宽度分辨率。

如上所述，可能的测量装置23、24由光电二极管阵列光谱仪或单色仪组成，在所述光电二极管阵列光谱仪中，传感器被聚合在阵列中，所述单色仪根据折射或散射现象在空间上分离信号中存在的不同波长。系统将由此提供对于指定光谱范围的每个波长的光信号的测量，即，光信号的强度的光谱曲线(图7)。

通过直接对比所述曲线，对于300nm和1650nm之间的每个波长，获得了单色大气衰减(图8)，从屏幕到测量系统考虑的电磁辐射的光谱分辨率为0.5nm。所有单色衰减集提供了在300nm和1650nm之间考虑的电磁辐射的光谱衰减的曲线的值。用电磁辐射的光谱加权的所述光谱衰减的曲线的值提供了在300nm至1650nm范围内的总衰减的值。

为了获得绝对测量，必须确保在由参考系统和测量系统获得的测量之间的预先校准，并且必须考虑参考系统和屏幕之间行进的距离差。

应当指出，参考信号和测量信号都可能被存在于屏幕和望远镜系统之间的大气成分(例如，气溶胶)散射的光污染，该光被定义为背景光。

为了表征所述背景光，在另一个优选实施方式(图3)中，作为本发明的目的的系统设想望远镜光学装置可以朝向吸收屏幕45对准，即，它具有非常低的反射率(尽可能接近0％)，并且特别地，远低于具有上述半球反射的屏幕40的反射率(具有尽可能接近100％的反射率)并且用于向望远镜光学装置提供反射辐射。因此，可以考虑由朝向吸收屏幕45对准的望远镜系统测量的信号，以量化衰减现象并对其建模。

前述系统的操作方法具有以下步骤：

-将位于距源40不同距离处的至少两个望远镜光学装置10、20朝向电磁辐射源40对准；

-借助于望远镜光学装置10、20中的每一者捕获在源40中反射的电磁辐射的射束；

-在由检测和测量装置23、24覆盖的各种光谱区域中检测和进行单色测量，以检测和测量所捕获的辐射(图7)；以及

-通过对比单色光谱测量来实时计算大气衰减(图8)。

该方法优选地包括在将装置10、20朝向电磁辐射源对准之前的在先步骤，其中装置10、20与吸收屏幕(图3)对准以测量背景光，并且随后考虑从测量中排除背景光。

同样，在计算大气衰减之后，该方法包括应用光谱分析和光谱学技术以识别和辨别引起先前计算的大气衰减的现象的步骤。还优选地，在对准望远镜光学装置10、20之前，通过将望远镜光学装置10、20定位在距电磁辐射源40相同的距离处来对检测和测量装置23、24执行校准过程。