[发明专利]立体光强传感系统、立体传感方法及无人机光强传感器

说明书

本发明属于测量技术领域，公开了一种立体光强传感系统、立体光强传感方法及无人机光强传感器，立体光强传感系统包括：分设于一个立方体前后左右和顶部5个平面上的立体传感器以及倾斜校正模块。本发明公开了的立体光强传感系统可以搭载到无人机遥感平台上，在运动状态下实时测量出太阳辐射中的散射和直射辐射强度，并对直射辐射部分进行倾斜校正。本发明的立体光强传感系统不会受无人机飞行方向的限制，而且即使在太阳高度非常低的情况下，如在早上、傍晚或在高纬度地区，仍然可以测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据。测量结果可以用于无人机搭载的多光谱传感器的精确辐射校正。

技术领域

本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种立体光强传感系统、立体传感方法及无人机光强传感器。

背景技术

由于无人机搭载的多光谱相机在拍摄过程中，易受光照条件变化的影响，通过在无人机上搭载一个光强传感器，即可记录拍照时的各个波段的光照状况，以方便对图像进行辐射校正处理。

无人机光强传感器都是分布在一个平面上，例如RedEdge-M或RedEdge-MX无人机搭载的DLS或DLS2光强传感器，以及精灵4多光谱无人机顶部集成的光强传感器等，它们只能测量各个波段的总的太阳辐射强度值，而无法区分太阳辐射中的散射和直射部分。由于直射辐射会受入射方向的影响，而散射辐射不受入射方向的影响，所以为了提供更加精确和可靠的太阳辐射总量，需要分别得到直射和散射部分的测量结果。

由于现有的光强传感器都是一个平面上，其缺陷在于：现有无人机光强传感器只有在太阳辐射方向垂直于光强传感器平面时，才能得到较为可靠的测量结果。一旦太阳辐射的入射方向与光强传感器平面不垂直，或者受飞机姿态发射倾斜的影响，就会使其测量结果不准确，尤其是在太阳入射角较大的情况下，如在早上、傍晚或者在高纬度地区，其入射角会非常大，即使进行倾斜校正后其结果也是不可靠的(因为只有直射辐射需要进行倾斜校正)。此外，现有无人机光强传感器无法测量出太阳直射和散射，如果将直接得到的测量值看作是太阳辐射值是不合理的，这是因为：在晴天的情况下可见光和近红外波段的直射约占85％，在阴天的情况下直射几乎为零，其变化幅度是很大的；直射具有方向性，需要进行倾斜校正处理，散射是没有方向的，不需要倾斜校正。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有无人机光强传感器只接收一个平面上太阳辐射，并且不能将太阳直射和散射分开；现有无人机光强传感器的测量结果是不准确的，因为在对测量结果进行倾斜校正时，只需要对直射辐射进行倾斜校正，而散射部分是不需要进行校正的；现有无人机光强传感器，只有在太阳入射角较小的情况下，得到太阳辐射的近似值，无法在入射角较大的情况下得到准确的太阳辐射值。

解决以上问题及缺陷的难度为：需要发明一种可以直接测量出直射和散射辐射强度的装置和方法，通过该装置和方法，可直接在无人机平台运动状态下，实时测出太阳直射和散射的辐射强度；即使在太阳入射角较大的情况下，仍然可以得到准确的太阳辐射强度测量结果，从而为传感器的辐射校正提供可靠的数据。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明通过在一个立方体前后左右和顶部5个平面上(底部的平面用于将该设备固定在无人机平台上)，各安装一个光强传感器，而构成一个立体光强传感器。由于太阳直射最多可以照射到其中的3个平面上，所以至少有2个平面处于阴影中。在阴影中接收的太阳辐射为散射，可取5个辐射值中的最小值作为散射的测量值，其中的最大值(即直射入射角最小的那个)减去最小值，即为直射辐射的直接测量值，然后需要对其进行倾斜修正，即可得到实际的太阳直射辐射强度值。本发明的意义在于：通过本发明的装置和方法，可以将太阳直射辐射和散射辐射区分开；在对直射辐射进行倾斜校正时，对直射入射角最小的那个测量结果(对应着最大值所在的平面)进行校正的，得到的结果会更加准确；此外，利用该装置和方法进行辐射测量不会受无人机姿态或飞行方向的限制，而且即使在太阳高度非常低的情况下，如在早上、傍晚或在高纬度地区，仍然可以以较小的入射角辐射到立体光强传感器的侧面，从而得到更加准确的太阳辐射测量结果。

发明内容