[发明专利]机载超连续激光50个波段高光谱雷达系统

说明书

本发明公开了机载超连续激光高光谱激光雷达系统(50个波段，400‑900纳米)，包括综控系统、存储单元、超连续谱激光系统、发射光学系统、反射镜、扫描系统、接收光学系统、超连续高光谱激光探测系统、面阵CCD相机等。其工作原理是综控系统控制超连续谱激光系统发出连续高光谱脉冲激光(下称“激光”)，发射光学系统对激光扩束准直，扫描系统发射激光到地物表面，反射的激光被扫描系统接收，传输给接收光学系统，聚焦到高光谱激光探测系统，输出激光高光谱和三维空间数据，与高分辨率多光谱数据一起存储到存储单元。其功能是全天时同时获取地表物体高光谱(波段50个，波谱覆盖400‑900纳米，光谱分辨率10纳米)、空间三维(地面分辨率优于0.5米)数据。

技术领域

本发明涉及机载激光雷达(Light Detection And Ranging，简称LiDAR)，尤其涉及一种用于全天时主动式获取地物激光高光谱(50个波段，波谱覆盖400-900纳米,光谱分辨率10纳米)和空间三维数据(地面分辨率优于0.5米)的雷达系统。

技术背景

目前，高光谱成像技术可获取物体表面丰富的光谱数据，但缺乏地物的空间三维数据，尤其是在垂直方向上的空间分布数据。另一方面，激光雷达(LiDAR)可快速、直接、高精度地获取地物的三维空间数据,但目前国际上现有的雷达成像系统通常采用固化在某一特定波长的激光光源，导致不能获取地物表面的高光谱数据。国际上，已研究多年的将传统高光谱和激光雷达两种传感器数据融合技术和最近几年开展的同时获取目标地物空间三维光谱信息的光学仪器都存在一定局限性，如传统高光谱依赖太阳作为光源导致无法进行全天时高光谱数据获取，无法反演植物晚间的生化、理化和晚间作用参数，植物高光谱和冠层数据不能估算植被垂直分布的生理参数，传统的激光雷达只能获取植被空间三维信息和单波段激光反射数据，传统的高光谱和激光雷达获得的异构数据难以精确配准，无论是传统的高光谱还是激光雷达都不能同时获取植被垂直分布高光谱数据和空间三维数据。申请号为CN201510591715.3的专利公开了一种高光谱激光雷达目标样品试验装置与方法，但其存在不能同时获取目标样品三维空间数据的缺陷。申请号为CN201810030256.5的专利公开了一种基于高光谱相机和面阵相机及POS系统的高光谱成像系统，但其存在不能获取目标地物三维空间数据的缺陷。申请号为CN201611131238.3的专利公开了一种机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统及其扫描方法，其缺陷在于只能获取单波段激光的地物反射数据和三维空间数据。为此，基于传统高光谱和激光雷达的缺陷和优点，本发明提出了一种全天时主动式机载超连续激光高光谱雷达系统(50个波段，400-900纳米)。

发明内容

本发明的目的是解决上述传统高光谱以太阳作为光源导致无法进行全天时高光谱数据获取、无法获取地物空间垂直参数和激光雷达只能获取地物空间三维数据和单波段激光反射数据以及传统的高光谱和激光雷达获得的异构数据难以精确配准等问题，本发明设计了一种面向机载的超连续激光高光谱雷达系统(50个波段，400-900纳米)，本发明的机载超连续激光高光谱雷达系统可以实现全天时主动获取地物激光高光谱和空间三维数据。

机载超连续激光高光谱雷达系统(50个波段，400-900纳米)主要包括机械结构、光路、探测三个部分和工作过程。

机械结构包括综控系统与存储单元、超连续谱激光系统、发射光学系统、反射镜、扫描系统、接收光学系统、超连续高光谱激光探测系统、面阵CCD相机、GPS和IMU十个部分。其中，综控系统与存储单元由综控系统和存储单元两部分组成，综控系统通过总线与超连续谱激光系统、扫描系统、超连续高光谱激光探测系统、面阵CCD相机、GPS和IMU组成的POS系统相连，存储单元专门用来存储数据。