無(wú)人機(jī)載日光誘導(dǎo)熒光測(cè)試系統(tǒng) GaiaSky-SP-SIF
基本原理

日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒獗O(jiān)測(cè)系統(tǒng)與旋翼無(wú)人機(jī)的結(jié)合開(kāi)辟了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)的新型應(yīng)用。葉綠素?zé)晒獍S富的光合信息，通過(guò)提取能夠表征植 被、農(nóng)作物、葉片、樹(shù)木冠層等反射光譜信號(hào)中的熒光信息，再結(jié)合熒光參數(shù)、葉綠素等生理生化參數(shù)（地面瞬時(shí)環(huán)境條件下測(cè)定），可判斷 不同環(huán)境下（肥料、水分、病脅迫、病蟲(chóng)害等）作物的葉綠素?zé)晒夤庾V特征及其熒光指標(biāo)與其他參數(shù)（對(duì)冠層溫度、表面的輻照度、葉綠素含量測(cè)量）之間的關(guān)系，因此機(jī)載葉綠素?zé)晒獗O(jiān)測(cè)技術(shù)是高效、適時(shí)、快 速、靈敏、無(wú)損探測(cè)作物植被等生理狀態(tài)及其與所處環(huán)境關(guān)系的理想監(jiān)測(cè)技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)植被等的健康狀態(tài)。

系統(tǒng)配置技術(shù)指標(biāo)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

模塊化集成，結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，無(wú)需調(diào)試、調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，只需按照要求安裝在無(wú)人機(jī)上即可，通過(guò)無(wú)線圖傳數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與無(wú)人機(jī)、地面監(jiān)控平臺(tái)的互通。通過(guò)無(wú)人機(jī)云臺(tái)給系統(tǒng)提供獨(dú)立的供電。下行光纖與獨(dú)立模塊固定便于成像鏡頭的切換，輔助相機(jī)集成在獨(dú)立模塊上，以便觀察、監(jiān)控采集區(qū)域。上行余弦校正功能實(shí)現(xiàn)模塊化，實(shí)時(shí)采集太陽(yáng)光照信號(hào)，其透過(guò)率高，勻化效果好，適應(yīng)波段范圍廣。GPS信息可以精準(zhǔn)定位采集區(qū)域的位置信息。

圖 系統(tǒng)主體                                                                   圖 系統(tǒng)搭載在無(wú)人機(jī)上

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

● 系統(tǒng)集成度高; 

● 系統(tǒng)操控性好，操作簡(jiǎn)單；

● 輔助監(jiān)控，精準(zhǔn)定位采集區(qū)域；

● 一鍵采集；

● 反射、熒光光譜顯示及輸出；

● 定點(diǎn)巡航；

● **輻射定標(biāo)；

● 實(shí)時(shí)太陽(yáng)光余弦校正模塊；

● GPS模塊；

● 35mm/50mm成像鏡頭及裸光纖模式切換；

● 特殊光纖結(jié)構(gòu)，快速完成上行下行信號(hào)的切換，確保上下行實(shí)現(xiàn)同步采集；

● 可無(wú)人機(jī)、地面兩用；

● 高清圖傳數(shù)傳一體結(jié)構(gòu)確保對(duì)系統(tǒng)控制（操控、數(shù)據(jù)回傳等）；

● 多種數(shù)據(jù)處理模型；

基本原理

無(wú)人機(jī)載日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒猓⊿IF）自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)（**號(hào)：2020202517297）（GaiaSky-SIF）的硬件構(gòu)成包括光纖光譜儀、光纖、光路切換模組及開(kāi)關(guān)、監(jiān)控相機(jī)、采集控制單元以及校準(zhǔn)模組等部分。目前主要采用高靈敏度光纖光譜儀及其配件，可用于植被葉綠素?zé)晒饧案吖庾V野外連續(xù)穩(wěn)定的高頻觀測(cè)。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在無(wú)人機(jī)載平臺(tái)下的植被冠層高頻高/超光譜觀測(cè)。觀測(cè)頻率可達(dá)到 10s/次，一次飛行可觀多條光譜。同時(shí)，該系統(tǒng)上行和下行兩個(gè)通道雙余弦觀測(cè)，地物的檢測(cè)范圍大幅提高，市場(chǎng)**商業(yè)化的產(chǎn)品。

● 日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒釹IF(Sun/Solar-induced Chlorophyll Fluorescence)是植物在太陽(yáng)光照條件下，由光合中心發(fā)射出的光譜信號(hào) (650—800 nm)，具有紅光(690 nm左右)和近紅外(760 nm左右)兩個(gè)波峰，能直接反映植物實(shí)際光合作用的動(dòng)態(tài)變化。

● SIF遙感是近年迅速發(fā)展起來(lái)的植被遙感技術(shù)，可彌補(bǔ)當(dāng)前植被遙感觀測(cè)的不足，為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和植被監(jiān)測(cè)等提供了新的思路和技術(shù)。

● 以基于“綠度”觀測(cè)的植被指數(shù)(如NDVI)為代表的植被遙感在過(guò)去30年極大地促進(jìn)了從宏觀尺度上來(lái)理解和認(rèn)識(shí)地球生物圈，但其只能通過(guò)“綠度”來(lái)探測(cè)植物“潛在光合作用”。

● 葉綠素?zé)晒庠谥脖还夂仙硖綔y(cè)方面具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是“實(shí)際光合作用”的直接探測(cè)方法。

● 可以說(shuō)植被葉綠素?zé)晒膺b感是近10年來(lái)植被遙感領(lǐng)域*具突破性的研究前沿。隨著研究和技術(shù)的發(fā)展，SIF遙感*近10幾年來(lái)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

圖 理論分析

圖 測(cè)試原理圖

                       圖 采集示意                                                      圖 光纖結(jié)構(gòu)    

圖 區(qū)城信息獲取 (非成像) 

輻射定標(biāo)：

整個(gè)光路系統(tǒng)需進(jìn)行輻射定標(biāo)，以將光譜儀采集的 DN 值轉(zhuǎn)化成輻照度（mW/m2 /nm）或者輻亮度的單位（mW/m2 / nm/sr）。輻射定標(biāo)需對(duì)裸光纖和連接余弦校正器的光路分別定標(biāo)。輻射定標(biāo)是指用一臺(tái)已知光譜輸出功率的燈來(lái) 校準(zhǔn)光譜儀每個(gè)像元下的響應(yīng)強(qiáng)度。**輻射定標(biāo)改變了整個(gè)光譜的形狀和大小，校正了儀器的單個(gè)儀器響應(yīng)函數(shù)（IRF），并將光譜儀所測(cè)的 Digital Number（DN）轉(zhuǎn)化為物理量。定標(biāo)系數(shù)由以下公式計(jì)算：其中α為計(jì)算的輻射定標(biāo)系數(shù)，L 為標(biāo)準(zhǔn)光源的輻亮度或輻照度，DC 為光譜儀在不進(jìn)光的情況下所測(cè)的暗電流值。通過(guò)輻射校準(zhǔn)后的光譜的單位是單位面積單位波長(zhǎng)的功率輸出，標(biāo)準(zhǔn)光源通常單位表達(dá)為 μW/cm2 /nm，*好將其數(shù)值乘以 10 以使單位轉(zhuǎn)化為 mW/m2/nm，輻亮度轉(zhuǎn)化關(guān)系相同。大尺度、高通量植物葉綠素?zé)晒獬上駵y(cè)量分析提供**的解決方案，完全適用于陸空雙基高光譜遙感分析。

主要應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

● 植物光合作用和熒光測(cè)量

● 植物制圖和植被健康特征

● 森林資源調(diào)查評(píng)估

● 農(nóng)作物生長(zhǎng)評(píng)估

● 陸空雙基高光譜遙感監(jiān)測(cè)