[发明专利]一种基于无人机的地物超光谱高频观测系统

说明书

本发明所设计的基于无人机的地物超光谱高频观测系统，从不同高度不同尺度获取地物高光谱和超光谱信息，同时通过分叉光纤和光路切换开关，交替获取太阳入射光谱和地物反射光谱，保证所观测太阳光谱和地物光谱的采集在同一光强条件下进行，避免光强的变化造成所计算的地物反射率存在误差，可自动灵活地获取高质量的地物高光谱和超光谱反射率数据产品；可从地面实时查看所测量的光谱曲线，用户可自行判断观测的数据质量，确保光谱数据的质量高；观测程序一轮观测获取多组光谱曲线，通过平均值处理，进一步减少了仪器本身的系统误差；观测程序保证两套观测子系统在相同的时间间隔内并发执行观测工作，提高了两套观测子系统观测工作的同步性。

技术领域

本发明涉及一种基于无人机的地物超光谱高频观测系统，属于光谱仪观测技术领域。

背景技术

自然界各种地物都有各自的光谱特征，具有其自身的电磁辐射规律，如具有反射，吸收外来的紫外线、可见光、红外线和微波的某些波段的特性。在地物反射、吸收和透射等物理性质中，使用最普遍最常用的是地物的反射特征。通过遥感手段获取地物反射光谱信息，是定性和定量研究地物特征的重要方式。

现有的遥感手段主要有航空航天遥感、地面遥感、近地面遥感。其中近地面遥感的主要方式为无人机载光谱传感器。近年来随着无人机的发展，基于无人机的光谱观测技术也得到迅速发展，这些观测技术一般可应用于地面试验研究。无人机载光谱传感器可分为成像和非成像方式，成像光谱仪能够连续获取不同波段的光谱信息，从而识别出具有诊断性波谱的地物；非成像光谱仪在野外或实验室测量各种地物的光谱反射率、透射率及其他辐射率,可帮助理解各种地物的光谱特性,提高不同种类遥感数据的分析应用精度,还可以模拟和定标一切成像光谱仪在升空之前的工作性能,如确定传感器测量光谱范围、波段设置和评价遥感数据等。无人机载光谱传感器相较于其他遥感手段因其机动灵活、时效性高等优点而得到大力发展。

随着遥感信息获取技术水平的提高,早期使用的波段式的低光谱分辨率的光谱仪已逐渐被具有高光谱分辨率乃至超光谱分辨率的光谱仪所替代，同时极大的促进了利用高光谱数据进行定量化研究的发展。无人机载高光谱遥感主要用于地质矿产、植被与生态研究、水质监测、作物病虫害监测、城市气体泄漏等多个领域，提供精确的不同尺度的光谱数据，以精确定量繁衍目标参量。

国内自主研制无人机载高光谱传感器的公司较少。北京欧普特公司在美国Headwall公司机载成像光谱仪的基础上开发了国内第一套机载高光谱成像系统,并获得了国家专利保护。此外,四川双利合谱科技有限公司研制的GaiaSky-mini高光谱成像系统是针对小型旋翼无人机开发的高性价比机载高光谱成像系统。目前国内产品主要是由国内公司代理国外产品,设备国产化水平低,并且产品平均价格在50万元左右,高性能的传感器设备价位则更高。在具体应用中,需要将光谱仪与无人机飞行平台、增稳云台、数据处理系统等结合成一套系统使用,开展应用研究的成本十分高昂。

目前市面上可用的无人机载光谱传感器设备有限，且通常只能接收一个光路，若要同时获取太阳入射光和地物反射光，需将一个光路转换为两个；另外光谱仪运行环境要求高，为降低噪声的干扰，需将光谱仪放置在恒温箱内。

发明内容

本发明为解决的问题，提供了一种基于无人机的地物超光谱高频观测系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于无人机的地物超光谱高频观测系统，该系统包括无人机、控制系统以及两套分别对应不同观测范围的子观测系统，控制系统和两套子观测系统搭载在无人机，控制系统控制两套子观测系统并行运行且互不干扰；

每套子观测系统均包括光谱仪、分叉光纤、光路开关和余弦矫正器，以交替获取太阳光谱信息和地物光谱信息；分叉光纤的单路光纤端对接光谱仪的采集端，分叉光纤的双路光纤端分别经光路开关连接两根光纤；两根光纤中的一根光纤串联余弦矫正器后，该光纤端部朝上指向太阳光照，用于测量太阳辐照度；两根光纤中的另一根光纤端部朝下指向地物，用于测量地物辐亮度。