近年來，高光譜遙感技術已經(jīng)越來越多的用到農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、海洋、氣象、水文、軍事、環(huán)保等領域，形成了一個從地面到空中，乃至空間，從信息數(shù)據(jù)收集、處理到判讀分析和應用，對進行探測和監(jiān)測的多層次、多視角、多領域的觀測體系，成為獲取地球資源與環(huán)境信息的重要手段。

目前常用的航天或航空遙感，雖然其可以實現(xiàn)大面積同步觀測，時效性強，獲取信息受條件限制少，但是其數(shù)據(jù)獲取成本較高，數(shù)據(jù)精細程度不足的缺點不可忽視。而近地遙感時間靈活，可以進行小范圍細節(jié)探測，提供精細的分析數(shù)據(jù)，但同時它的缺點同樣存在，如大面積數(shù)據(jù)的獲取速度較慢，有一些地區(qū)自然條件惡劣不適合人為采集，所以目前近地遙感仍局限于基礎研究和數(shù)學建模當中，在一些實際應用中仍然受到限制。

針對這一情況，萊森光學（Lisen Optics）公司實現(xiàn)了無人機搭載高光譜地物光譜儀測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)在實現(xiàn)了較大面積檢測，受限條件小的同時，可以快速，精細的獲取數(shù)據(jù)，很好的結(jié)合了航空遙感和近地遙感的優(yōu)點，避免了兩者的缺點。

該系統(tǒng)無人機需人為操控，雙通道或三通到高光譜采集系統(tǒng)由微型處理器控制自動記錄GPS信息，采集天空和地面的光譜數(shù)據(jù)，如天空總輻照度，水體的離水輻亮度，地物的反射光譜等參數(shù)。

典型應用

1）海洋、湖泊水色遙感研究

2）衛(wèi)星數(shù)據(jù)地面驗證

3）水體剖面測量

4）水質(zhì)分析(葉綠素、懸浮物、CDOM)

5）海岸帶研究

典型案例-海洋赤潮危害遙感監(jiān)測

通過無人機機載雙通道或三通道高光譜遙感光譜儀，用于自動化采集水體反射光譜信息，進一步得到水體遙感探測需要獲取的光譜信息：離水輻亮度Lw、歸一化離水輻亮度LwN，遙感反射率Rrs。

無人機機載高光譜介紹

1.獲取光譜數(shù)據(jù)的方法

水體遙感探測需要獲取的光譜信息：離水輻亮度Lw、歸一化離水輻亮度LwN，遙感反射率Rrs和剛好處于水面以下0-的輻照度比R。可按照如下的計算公式得到，

Lw = Lsw - rLsky

LwN = LwF0/ Ed (0+)

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

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

其中需要測量的參數(shù)有

1)水面輻亮度Lsw:通過向下一通道光譜儀測量“水面輻亮度"

2)天空散射光輻亮度Lsky:通過向上一通道光譜儀測量“天空散射光輻亮度"

3)水面入射總輻照度Ed(0+):現(xiàn)場測量（此方法需要三通道）：L_WN=L_W×F_0/E_d (0^+)其中F0為平均的大氣層外輻照度。通過向上一個通道光譜儀測量“入射總輻照度"。遙感反演（此方法適用于雙通道測量）：L_WN=(r?R)^2 L_W/[t(λ,θ_0 )(1-ρ(θ_0))cos?(θ_0)]其中t(λ,θ_0 )為大氣透過率；ρ(θ_0 )為氣水界面Fresnel反射率；R為地球到太陽之間的平均距離；r為測量是太陽到地球的距離。

無人機機載雙通道高光譜遙感光譜儀開發(fā)項目主要分為兩大部分：無人機和雙通道或三通道高光譜光譜儀。

2.無人機部分（固定翼）

其主要技術參數(shù)如下：

1)飛行速度 ：110km/h=30.5m/s

2)續(xù)航時間：大于3小時

3)平穩(wěn)度：左右搖擺可以控制在3度范圍內(nèi)，前后俯仰可以控制在5度范圍內(nèi)

4)飛行高度：400-1100m

5)艙內(nèi)溫度：和外界溫度相同

6)艙內(nèi)空間：20cm×14cm，高度不限

7)載重：1.5kg～2kg

同時，無人機艙頂和艙腹可以按要求（尺寸和位置）設計觀察孔。另外不需考慮防水罩問題。

3.高光譜光譜儀部分

高光譜光譜儀部分由光學平臺、光纖探頭、控制模塊、供電模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊等部分組成，本項目對光譜儀的要求如下：

1)采用雙通道或三通道高光譜光譜儀，采集參數(shù)為水面輻亮度和天空總輻照度、天空散射光輻亮度等。

2)光譜儀能夠?qū)崿F(xiàn)自動采集。

3)探頭視場角度可更換調(diào)整。

4)固定在無人機探頭固定件設計需要可調(diào)。

5)探頭測量角度可調(diào)。

6)可保存GPS信息。

7)光譜儀應含有供電系統(tǒng)，續(xù)航時間應大于3小時。

8)整套光譜儀系統(tǒng)重量不應超過4-5kg。

輻亮度和輻照度探頭

飛行區(qū)域

備注：圖例為UAV為我司定制無人機載高光譜測試數(shù)據(jù)和GER地面高光譜數(shù)據(jù)對比

主要技術指標