[發明專利]一種無人機載的太赫茲波及高光譜遙感農作物監測系統

有效

• 申請號: 201811089358.0
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109187417B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 張良
• 申請（專利權）人: 深圳市奧譜太赫茲技術研究院
• 主分類號: G01N21/3581
• 分類號: G01N21/3581;G01N21/25
• 代理公司: 佛山覽眾深聯知識產權代理事務所(普通合伙) 44435
• 代理人: 劉先珍

本發明公開了一種無人機載的太赫茲波及高光譜遙感農作物監測系統，硬件平臺為無人機，且無人機內搭載太赫茲反射光譜成像系統和被動式高光譜成像儀器，太赫茲反射光譜成像系統包括主動式太赫茲源、太赫茲相機和太赫茲成像儀；太赫茲源發射太赫茲波至農作物及地表間，太赫茲相機接收太赫茲波在農作物及地表間經過多次反射、折射、透射及吸收并最終形成太赫茲波在農作物至地表空間中的空間分布反射波數據，太赫茲相機將反射波數據傳輸到太赫茲成像儀中，并形成對應的太赫茲波成像數據；本發明可以幫助在作物生長的早期發現和診斷存在的問題，有利于在危害產生之前就采取有效的干預或補救措施，恢復作物健康并且避免對作物產量造成影響。

技術領域

本發明涉及一種監測系統，尤其是涉及一種無人機載的太赫茲波及高光譜遙感農作物監測系統，涉及農業遙感技術領域。

背景技術

由于農業土地廣闊，開展農業資源監測、巡查工作，人工成本高而且效率低。傳統上，農業病蟲害檢測及防治主要通過人工實施作業，以目視檢查來監測作物的健康狀況，進度慢，作業面積小，而且靈敏度差。與人工實施作業相對應的是農業遙感技術。目前用于農作物管理的農業遙感也已經有50多年的歷史，涉及使用的光譜主要是光學和紅外線。

目前，農業遙感監控主要依賴紅外光譜遙感技術，并通過及時灌溉和早期探測作物脅迫因素來保持農作物的健康。高光譜成像儀覆蓋了可見光與紅外線，具有高空間分辨和高瞬時清晰度和高光譜分辨率的特點。然而紅外線在空氣中傳播時功率損失巨大并且散射嚴重，無法到達葉子的內部，因此單純以紅外光譜對作物遙感產生的效果不夠理想。

太赫茲頻率是紅外光譜的低頻部分，它與大多數分子的振蕩頻率共振。因此，太赫茲和紅外線都是感知農作物健康的理想選擇。相比之下，太赫茲輻射可以在作物中穿透數毫米，并且由于波長遠大于紅外光，太赫茲波的散射可以忽略不計。利用主動式太赫茲波作為探測光譜來監測作物內及土壤水份和光合作用速度可以在及早期發現作物是否健康，檢測某些害蟲以及診斷作物是否缺乏營養。這項技術解決了紅外線在空氣傳播中嚴重散射及無法到達葉子內部的問題。以主動式太赫茲波作為探測光譜的概念十分新穎，主動式太赫茲波遙感系統需要高功率太赫茲源以及先進的太赫茲相機系統才得以實現。

很多分子在太赫茲頻段內有獨特的頻率響應，O2及H2O的一些太赫茲吸收特征譜可在許多文獻中找到，因此太赫茲波譜技術用來對物質進行定性以及定量的研究，并得到相應物質的指紋譜。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有農業遙感技術的缺陷，提供一種無人機載的太赫茲波及高光譜遙感農作物監測系統，從而解決上述問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種無人機載的太赫茲波及高光譜遙感農作物監測系統，包括硬件平臺和監測方法；所述硬件平臺為無人機，且所述無人機內搭載太赫茲反射光譜成像系統和被動式高光譜成像儀器，所述太赫茲反射光譜成像系統包括主動式太赫茲源、太赫茲相機和太赫茲成像儀；所述太赫茲源發射太赫茲波至農作物及地表間，所述太赫茲相機接收太赫茲波在農作物及地表間經過多次反射、折射、透射及吸收并最終形成太赫茲波在農作物至地表空間中的空間分布反射波數據，所述太赫茲相機將反射波數據傳輸到太赫茲成像儀中，并形成對應的太赫茲波成像數據。

作為本發明的一種優選技術方案，所述太赫茲成像儀內置有太赫茲探測線路、電光/光電轉換模塊、數模/模數轉換模塊、數據存儲模塊和太赫茲光譜數據庫；

作為本發明的一種優選技術方案，所述太赫茲光譜數據庫收集有不同脫水程度或受蟲害迫害的農作物樣品在太赫茲波段存在的特征吸收峰，農作物害蟲身體在太赫茲波段的特征吸收峰，實驗室測量和校準的樣品數據信息，每個階段農作物的平均反射率及吸收數據。

作為本發明的一種優選技術方案，所述無人機為商用改裝無人機，所述被動式高光譜成像儀為可見光以及近紅外光頻段的400-2050nm高光譜成像儀，所述無人機上還搭載一組商用的氧氣、二氧化碳含量測試儀。

作為本發明的一種優選技術方案，所述監測方法包括如下方法：