无人机机载高光谱水体测量光谱仪

近年来，高光谱遥感技术已经越来越多的用到农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域，形成了一个从地面到空中，乃至空间，从信息数据收集、处理到判读分析和应用，对全/球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。 目前常用的航天或航空遥感，虽然其可以实现大面积同步观测，时效性强，获取信息受条件限制少，但 是其数据获取成本较高，数据精细程度不足的缺点不可忽视。而近地遥感时间灵活，可以进行小范围细节探测，提供精细的分析数据，但同时它的缺点同样存在，如大面积数据的获取速度较慢，有一些地区自然条件恶劣不适合人为采集，所以目前近地遥感仍局限于基础研究和数学建模当中，在一些实际应用中仍然受到限制。

针对这一情况，莱森光学（Lisen Optics）公司实现了无人机搭载高光谱地物光谱仪测试系统。该系统 在实现了较大面积检测，受限条件小的同时，可以快速，精细的获取数据，很好的结合了航空遥感和近地遥 感的优点，避免了两者的缺点。

该系统无人机需人为操控，双通道或三通到高光谱采集系统由微型处理器控制自动记录 GPS 信息，采 集天空和地面的光谱数据，如天空总辐照度，水体的离水辐亮度，地物的反射光谱等参数。

海洋、湖泊水色遥感研究

卫星数据地面验证

水体剖面测量

水质分析(叶绿素、悬浮物、CDOM)

海岸带研究

通过无人机机载双通道或三通道高光谱遥感光谱仪，用于自动化采集水体反射光谱信息，进一步得到 水体遥感探测需要获取的光谱信息：离水辐亮度 Lw、归一化离水辐亮度 LwN，遥感反射率 Rrs。

水体遥感探测需要获取的光谱信息：离水辐亮度Lw、归一化离水辐亮度LwN，遥感反射率Rrs和刚好处于水面以下0-的辐照度比R。可按照如下的计算公式得到，

Lw = Lsw - rLsky

LwN = LwF0/ Ed (0+)

Rrs = Lw/ Ed (0+) = LwN/ F0

R (0-) = Eu (0-) / Ed (0-)

其中需要测量的参数有

水面辐亮度Lsw:通过向下一通道光谱仪测量“水面辐亮度”

天空散射光辐亮度Lsky:通过向上一通道光谱仪测量“天空散射光辐亮度”

水面入射总辐照度Ed(0+):现场测量（此方法需要三通道）：

其中F0为平均的大气层外辐照度。通过向上一个通道光谱仪测量“入射总辐照度”。

遥感反演（此方法适用于双通道测量）：

其中t(λ,θ_0 )为大气透过率；ρ(θ_0 )为气水界面Fresnel反射率；R为地球到太阳之间的平均距离；r为测量是太阳到地球的距离。

无人机机载双通道高光谱遥感光谱仪开发项目主要分为两大部分：无人机和双通道或三通道高光谱光谱仪。

其主要技术参数如下：

飞行速度 ：110km/h=30.5m/s

续航时间：大于3小时

平稳度：左右摇摆可以控制在3度范围内，前后俯仰可以控制在5度范围内

飞行高度：400-1100m

舱内温度：和外界温度相同

舱内空间：20cm×14cm，高度不限

载重：1.5kg～2kg

同时，无人机舱顶和舱腹可以按要求（尺寸和位置）设计观察孔。另外不需考虑防水罩问题。

高光谱光谱仪部分由光学平台、光纤探头、控制模块、供电模块、数据存储模块等部分组成，本项目对光谱仪的要求如下：

采用双通道或三通道高光谱光谱仪，采集参数为水面辐亮度和天空总辐照度、天空散射光辐亮度等

光谱仪能够实现自动采集

探头视场角度可更换调整

固定在无人机探头固定件设计需要可调

探头测量角度可调

可保存GPS信息

光谱仪应含有供电系统，续航时间应大于3小时

整套光谱仪系统重量不应超过4-5kg

备注：图例为UAV为我司定制无人机载高光谱测试数据和GER地面高光谱数据对比