[发明专利]一种基于无人机的地物超光谱高频观测系统

权利要求书

1.一种基于无人机的地物超光谱高频观测系统，其特征在于：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。

2.如权利要求1所述的一种基于无人机的地物超光谱高频观测系统，其特征在于：控制系统以树莓派为硬件基础，树莓派型号为3代B型及以上，支持无线局域网以便与地面控制系统进行信息交互，搭配金属外壳和散热扇。

3.如权利要求2所述的一种基于无人机的地物超光谱高频观测系统，其特征在于：树莓派通过USB接口与光谱仪进行控制和数据通信。

4.如权利要求1所述的一种基于无人机的地物超光谱高频观测系统，其特征在于：两套子观测系统中，一套子观测系统中的光谱仪为QEpro光谱仪，另一套子观测系统中的光谱仪为Flame光谱仪。

5.如权利要求4所述的一种基于无人机的地物超光谱高频观测系统，其特征在于：分叉光纤为一分二的Y型光纤，分叉光纤内部为两根芯径并列。

6.如权利要求1所述的一种基于无人机的地物超光谱高频观测系统，其特征在于：每套子观测系统执行一轮观测工作的流程如下：

步骤A.针对朝上指向太阳光照以及朝下指向地物的两根光纤，分别进行定标处理，获取每根光纤的定标系数，然后进入步骤B；

步骤B.连通朝上指向太阳光照的光纤且阻断朝下指向地物的光纤，根据用户预设的积分时间inttime采集1条光谱，计算第一最优化积分时间optIT1，进入步骤C；

步骤C.根据步骤B计算得到的第一最优化积分时间optIT1采集3条光谱，再根据朝上指向太阳光照的光纤所对应的定标系数，获得3次太阳辐照度值，计算3次太阳辐照度的平均值，然后进入步骤D；

步骤D.分别阻断朝上指向太阳光照的光纤以及朝下指向地物的光纤，测量第一暗噪声，进而实现太阳光谱信息的获得，然后进入步骤E；

步骤E.连通朝下指向地物的光纤，且阻断朝上指向太阳光照的光纤，根据用户预设的积分时间inttime采集1条光谱，计算第二最优化积分时间optIT2，进入步骤F；

步骤F.根据步骤E计算得到的第二最优化积分时间optIT2采集3条光谱，根据朝下指向地物的光纤所对应的定标系数，获得3次地物辐亮度，计算3次地物辐亮度的平均值，进入步骤G；

步骤G.分别阻断朝上指向太阳光照的光纤以及朝下指向地物的光纤，测量第二暗噪声，进而实现地物光谱信息的获得。

7.如权利要求6所述的一种基于无人机的地物超光谱高频观测系统，其特征在于：

控制系统按照用户预设的启动时间控制两套子观测系统同时开始执行观测工作，若其中一套子观测系统完成一轮观测工作而另一套子观测系统未完成本轮观测工作，则控制系统控制该套子观测系统保持等待状态，待另一套子观测系统完成本轮观测工作后，控制系统按照用户预设的观测时间间隔控制两套子观测系统同时开始下一轮观测工作。

8.如权利要求6所述的一种基于无人机的地物超光谱高频观测系统，其特征在于：步骤A中按如下公式进行定标处理，获取每根光纤的定标系数：

cof＝Rad/((DN-DC)/optIT)

其中，cof表示定标系数，Rad表示光源的已知亮度，DN表示光谱仪在光源处采集记录的数字信号，optIT表示最优化积分时间，DC表示采集DN值时相应的暗电流。