[發明專利]一種基于無人機的地物超光譜高頻觀測系統

在審

• 申請號: 202110060946.7
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112903630A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 張永光;趙大洋;張小康;吳云飛
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55;G01N21/17;G01N21/63;G01J1/42;B64C39/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

1.一種基于無人機的地物超光譜高頻觀測系統，其特征在于：該系統包括無人機、控制系統以及兩套分別對應不同觀測范圍的子觀測系統，控制系統和兩套子觀測系統搭載在無人機，控制系統控制兩套子觀測系統并行運行且互不干擾；

每套子觀測系統均包括光譜儀、分叉光纖、光路開關和余弦矯正器，以交替獲取太陽光譜信息和地物光譜信息；分叉光纖的單路光纖端對接光譜儀的采集端，分叉光纖的雙路光纖端分別經光路開關連接兩根光纖；兩根光纖中的一根光纖串聯余弦矯正器后，該光纖端部朝上指向太陽光照，用于測量太陽輻照度；兩根光纖中的另一根光纖端部朝下指向地物，用于測量地物輻亮度。

2.如權利要求1所述的一種基于無人機的地物超光譜高頻觀測系統，其特征在于：控制系統以樹莓派為硬件基礎，樹莓派型號為3代B型及以上，支持無線局域網以便與地面控制系統進行信息交互，搭配金屬外殼和散熱扇。

3.如權利要求2所述的一種基于無人機的地物超光譜高頻觀測系統，其特征在于：樹莓派通過USB接口與光譜儀進行控制和數據通信。

4.如權利要求1所述的一種基于無人機的地物超光譜高頻觀測系統，其特征在于：兩套子觀測系統中，一套子觀測系統中的光譜儀為QEpro光譜儀，另一套子觀測系統中的光譜儀為Flame光譜儀。

5.如權利要求4所述的一種基于無人機的地物超光譜高頻觀測系統，其特征在于：分叉光纖為一分二的Y型光纖，分叉光纖內部為兩根芯徑并列。

6.如權利要求1所述的一種基于無人機的地物超光譜高頻觀測系統，其特征在于：每套子觀測系統執行一輪觀測工作的流程如下：

步驟A.針對朝上指向太陽光照以及朝下指向地物的兩根光纖，分別進行定標處理，獲取每根光纖的定標系數，然后進入步驟B；

步驟B.連通朝上指向太陽光照的光纖且阻斷朝下指向地物的光纖，根據用戶預設的積分時間inttime采集1條光譜，計算第一最優化積分時間optIT1，進入步驟C；

步驟C.根據步驟B計算得到的第一最優化積分時間optIT1采集3條光譜，再根據朝上指向太陽光照的光纖所對應的定標系數，獲得3次太陽輻照度值，計算3次太陽輻照度的平均值，然后進入步驟D；

步驟D.分別阻斷朝上指向太陽光照的光纖以及朝下指向地物的光纖，測量第一暗噪聲，進而實現太陽光譜信息的獲得，然后進入步驟E；

步驟E.連通朝下指向地物的光纖，且阻斷朝上指向太陽光照的光纖，根據用戶預設的積分時間inttime采集1條光譜，計算第二最優化積分時間optIT2，進入步驟F；

步驟F.根據步驟E計算得到的第二最優化積分時間optIT2采集3條光譜，根據朝下指向地物的光纖所對應的定標系數，獲得3次地物輻亮度，計算3次地物輻亮度的平均值，進入步驟G；

步驟G.分別阻斷朝上指向太陽光照的光纖以及朝下指向地物的光纖，測量第二暗噪聲，進而實現地物光譜信息的獲得。

7.如權利要求6所述的一種基于無人機的地物超光譜高頻觀測系統，其特征在于：

控制系統按照用戶預設的啟動時間控制兩套子觀測系統同時開始執行觀測工作，若其中一套子觀測系統完成一輪觀測工作而另一套子觀測系統未完成本輪觀測工作，則控制系統控制該套子觀測系統保持等待狀態，待另一套子觀測系統完成本輪觀測工作后，控制系統按照用戶預設的觀測時間間隔控制兩套子觀測系統同時開始下一輪觀測工作。

8.如權利要求6所述的一種基于無人機的地物超光譜高頻觀測系統，其特征在于：步驟A中按如下公式進行定標處理，獲取每根光纖的定標系數：

cof＝Rad/((DN-DC)/optIT)

其中，cof表示定標系數，Rad表示光源的已知亮度，DN表示光譜儀在光源處采集記錄的數字信號，optIT表示最優化積分時間，DC表示采集DN值時相應的暗電流。