一种基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统

技术领域

本发明涉及航空尺度高光谱遥感领域，尤其涉及一种基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统。

背景技术

随着航空和计算机等技术的不断发展，从卫星遥感飞机、直升机、固定翼无人机再到中小型民用飞机，其性能不断地提升。近年来，无人机技术日趋成熟，与卫星遥感飞机和载人机为主的遥感平台相比，拥有成本低，实时性好，可适应较复杂的使用环境，已被广泛应用于环境监测、城市规划、精准农业、物质分类、目标识别、大气探测和医学诊断等领域。而且，在航空尺度高光谱遥感领域显示出极大地优越性。

目前，无人机技术的这些传感器搭载平台大多要求昂贵的使用成本和苛刻的使用条件，而且高光谱图像数据的获取和存储，没有成套集成的数据采集设备，都是利用单一的模块通过很长的线缆连接，数据的存储核心都是较大型的台式机或者笔记本。而且系统过于零散，各部分单独供电，更限制了整套系统的机动性和整体紧凑性，有待进一步的改进和完善。因此研制出一套集成度高，重量轻、结构紧凑、移动方便、使用简便的轻小型无人机搭载高光谱遥感成像系统已越来越成为需要。

发明内容

针对现有技术中存在的无人机搭载高光谱成像系统没有成套集成的数据采集设备，而且，系统过于零散、各部分单独供电，更限制了整套系统的机动性和整体紧凑性的问题，本发明的目的在于提供一种基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统，在整个基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统中，无人机通过连接螺纹组固接有增稳云台，高光谱成像光谱仪通过紧固螺母座与增稳云台连接，高光谱成像光谱仪通过控制器与高清相机连接，利用控制器使得高清相机与高光谱成像光谱仪进行同步数据采集，高光谱成像光谱仪与导航通讯系统刚性连接，用来随时记录整个系统的位置和姿态信息。此系统将一种集成度高、轻便的图像采集设备，结合先进的反射式光学系统的高光谱成像光谱仪，使二者嵌入与之匹配的轻型无人机平台内，集成一套高光谱无人机系统，其集成度高，重量轻、紧凑、移动方便、使用简便，且具有较大的灵活性，适合中小区域的地物信息的研究分析，而且，该系统简单、实用、有效，具有实际的推广应用意义。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统，包括无人机系统，高光谱成像光谱仪、高清相机以及导航通讯系统，所述无人机系统包括无人机，所述无人机通过连接螺纹组固接有增稳云台，所述高光谱成像光谱仪通过紧固螺母座与所述增稳云台连接，所述高光谱成像光谱仪通过控制器与所述高清相机连接，利用所述控制器使得所述高清相机与所述高光谱成像光谱仪进行同步数据采集，所述高光谱成像光谱仪与所述导航通讯系统刚性连接。

通过采用上述技术方案，在整个基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统中，无人机通过连接螺纹组固接有增稳云台，高光谱成像光谱仪通过紧固螺母座与增稳云台连接，无人机通过增稳云台与高光谱成像光谱仪连接在一起，增稳云台可保证所搭载的高光谱成像光谱仪在无人机飞行过程中的稳定性，然后，高光谱成像光谱仪通过控制器与高清相机连接，利用控制器使得高清相机与高光谱成像光谱仪进行同步数据采集，便于进行无人机低空高光谱遥感数据采集实验时，同步利用高清相机进行实时拍照，获取地物高清可见光图像，弥补了光谱相机分辨率相对较低的不足，高光谱成像光谱仪与导航通讯系统刚性连接，用来随时记录整个系统的位置和姿态信息。此系统将一种集成度高、轻便的图像采集设备，结合先进的反射式光学系统的高光谱成像光谱仪，使二者嵌入与之匹配的轻型无人机平台内，集成一套高光谱无人机系统，其集成度高，重量轻、紧凑、移动方便、使用简便，且具有较大的灵活性，适合中小区域的地物信息的研究分析。

本发明进一步设置为：所述无人机系统还包括锂电池、供电电路、自带GPS、自带IMU惯导，所述锂电池、供电电路、自带GPS以及自带IMU惯导均安装在所述无人机内部，所述锂电池通过供电电路连接有采控盒，为所述无人机供电，是所述无人机自身的动力系统。

通过采用上述技术方案，在整个无人机系统中，锂电池、供电电路、自带GPS以及自带IMU惯导均安装在无人机内部，不会对外部在进行采集数据时产生任何影响，而且，锂电池通过供电电路连接有采控盒，为无人机供电，实现运转，是无人机自身的动力系统，不需要外接供电装置，避免了较长的线缆连接在无人机上为其供电，使整个基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统集成度更高、更紧凑，移动和使用更方便，且具有较大的灵活性。

本发明进一步设置为：所述高光谱成像光谱仪包括成像镜头、分光系统和光谱相机，所述成像镜头呈推扫型方式，可以获取地物目标的高光谱图像。

通过采用上述技术方案，成像镜头呈推扫型方式，信号采集精度很高，而且扫描图像的信息还原性很好，使整个基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统的实用性更强。

本发明进一步设置为：所述无人机系统还包括移动电源和机载计算机，所述移动电源安装在所述无人机上，所述移动电源上连接有电线一和电线二，所述电线一通过Type-C接口与所述高光谱成像光谱仪连接，所述电线二通过Type-C接口与所述机载计算机连接，为两者提供电源电路。

通过采用上述技术方案，移动电源安装在无人机上，电线一和电线二分别通过Type-C接口与高光谱成像光谱仪和机载计算机连接，为两者供电，减少了更多线缆的介入，使整个基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统集成度更高、更紧凑，移动和使用更方便。而且，Type-C接口支持双面插入，正反面随便插入，使整个系统更具有灵活性。

本发明进一步设置为：所述导航通讯系统包括导航定位系统和通讯连接系统，所述导航定位系统包括外接GPS和IMU惯导，所述外接GPS和IMU惯导与所述高光谱成像光谱仪刚性连接，所述IMU惯导上设有惯导接口，所述惯导接口与所述机载计算机连接。

通过采用上述技术方案，导航定位系统包括外接GPS和IMU惯导，惯导接口与机载计算机连接，用来随时记录整个系统的位置和姿态信息，并将信息随时存储在机载计算机中，而且外接GPS和IMU惯导与高光谱成像光谱仪刚性连接，使整个基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统集成度更高、更紧凑，移动和使用更方便，实用性更强。

本发明进一步设置为：所述机载计算机固载在所述无人机上，所述机载计算机上设有网线一和网线二，所述网线一通过RJ45网络水晶头与所述高光谱成像光谱仪连接，用于存储高光谱数据，所述网线二通过RJ45网络水晶头与所述导航定位系统连接，用于存储所述无人机的位置信息。

通过采用上述技术方案，机载计算机固载在无人机上，机载计算机上设有网线一和网线二，网线一通过RJ45网络水晶头与高光谱成像光谱仪连接，用于存储高光谱数据，网线二通过RJ45网络水晶头与导航定位系统连接，用于存储无人机的位置信息，通过此连接方式该系统将采集的高光谱数据和无人机的位置信息都存储在轻便型机载计算机中，使整个系统集成度更高，使用时更轻便，灵活性也更强，便于整个系统应用到更多不同的区域进行信息的采集和分析，实用性更强。

本发明进一步设置为：所述高清相机包括供电模块和高速SD卡，所述供电模块采用DC/DC转换器将输入的直流电压转换为直流工作电压，为所述高清相机供电。

通过采用上述技术方案，在高光谱成像光谱仪进行信息采集时，高清相机同步进行图像采集，而且比光谱相机采集图像更清晰，高清相机包括供电模块和高速SD卡，供电模块和高速SD卡均安装在高清相机内部，高速SD卡用于高空下对目标物可见光范围的高清图像数据存储；供电模块为高清相机提供电源，方便简捷，使整个系统的集成度更高，更轻便。

本发明进一步设置为：所述通讯连接系统包括手动无线遥控器和小型显示器，所述手动无线遥控器是通过无线电遥控作业进行影像拍摄，所述小型显示器是地面控制站进行远程操控作业。

通过采用上述技术方案，通讯连接系统包括手动无线遥控器和小型显示器，通过无线传输和远程控制即能实现对搭载平台的控制，即规划无人机的飞行速度、高度及航线，将指令发送到无人机控制系统，并按照预定航线飞行，实时在线监测无人机工作状态，使整个基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统更灵活，移动和使用更方便，实用性更强。

综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明的一种基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统，结构简单，设计合理，包括无人机系统，高光谱成像光谱仪、高清相机以及导航通讯系统，无人机系统包括无人机，无人机通过连接螺纹组固接有增稳云台，高光谱成像光谱仪通过紧固螺母座与增稳云台连接，高光谱成像光谱仪通过控制器与高清相机连接，利用控制器使得高清相机与高光谱成像光谱仪进行同步数据采集，高光谱成像光谱仪与导航通讯系统刚性连接，用来随时记录整个系统的位置和姿态信息。此系统将一种集成度高、轻便的图像采集设备，结合先进的反射式光学系统的高光谱成像光谱仪，使二者嵌入与之匹配的轻型的无人机平台内，集成一套高光谱无人机系统，其集成度高，重量轻、紧凑、移动方便、使用简便，且具有较大的灵活性，适合中小区域的地物信息的研究分析，应用广泛。

附图说明

图1是本发明一种基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统的示意图。附图标记为：

1、无人机系统；2、高光谱成像光谱仪；3、高清相机；4、无人机；5、连接螺纹组；6、增稳云台；7、紧固螺母座；8、控制器；9、锂电池；10、供电电路；11、自带GPS；12、自带IMU惯导；13、采控盒；14、移动电源；15、Type-C接口；16、导航定位系统；17、外接GPS；18、IMU惯导；19、惯导接口；20、机载计算机；21、RJ45网络水晶头；22、供电模块；23、高速SD卡；24、手动无线遥控器；25、小型显示器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。以下实施例仅在于提供一种可能的方案，并非是对本发明的限定。

一种基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统，如图1所示，包括无人机系统1，高光谱成像光谱仪2、高清相机3以及导航通讯系统，其中，无人机系统1包括无人机4，无人机4通过连接螺纹组5固接有增稳云台6，高光谱成像光谱仪2通过紧固螺母座7与增稳云台6连接，无人机4通过增稳云台6与高光谱成像光谱仪2连接在一起，增稳云台6可保证所搭载的高光谱成像光谱仪2在无人机4飞行过程中的稳定性，高光谱成像光谱仪2通过控制器8与高清相机3连接，利用控制器8使得高清相机3与高光谱成像光谱仪2进行同步数据采集，便于进行无人机4低空高光谱遥感数据采集实验时，同步利用高清相机3进行实时拍照，获取地物高清可见光图像，弥补了光谱相机分辨率相对较低的不足，而且，高光谱成像光谱仪2与导航通讯系统刚性连接，用来随时记录整个系统的位置和姿态信息。在使用的过程中，通过导航通讯系统的定位和路线设置，无人机系统1开始飞行到指定区域，高光谱成像光谱仪2对指定区域进行光谱数据的采集，高清相机3与高光谱成像光谱仪2同步进行图像的拍摄和采集，并存储起来，实现指定区域的信息采集和研究分析。此系统将一种集成度高、轻便的图像采集设备，结合先进的反射式光学系统的高光谱成像光谱仪2，使二者嵌入与之匹配的轻型无人机4平台内，集成一套高光谱无人机系统，构成完整的高光谱成像系统，其集成度高，重量轻、紧凑、移动方便、使用简便，且具有较大的灵活性，适合中小区域的地物信息的研究分析，以满足高机动低成本获取高光谱遥感影像数据的需求，并且，可以在短期内对同一区域反复测试和监控，而且数据质量高，实用性更强。

无人机系统1还包括锂电池9、供电电路10、自带GPS11、自带IMU惯导12、机载计算机20以及移动电源14，锂电池9、供电电路10、自带GPS11以及自带IMU惯导12均安装在无人机4内部，锂电池9通过供电电路10连接有采控盒13，为无人机4供电，实现运转，是无人机4自身的动力系统，不需要外接供电装置，避免了较长的线缆连接在无人机4上为其供电。机载计算机20固载在无人机4上，机载计算机20上设有网线一和网线二，网线一通过RJ45网络水晶头21与高光谱成像光谱仪2连接，用于存储高光谱数据，网线二通过RJ45网络水晶头21与导航定位系统16连接，用于存储无人机4的位置信息。通过此连接方式该系统将采集的高光谱数据和无人机4的位置信息都存储在轻便型机载计算机20中。移动电源14安装在无人机4上，移动电源14上连接有电线一和电线二，电线一和电线二通过Type-C接口15分别与高光谱成像光谱仪2和机载计算机20连接，为两者提供电源电路，减少了更多线缆的介入，而且Type-C接口15支持双面插入，正反面随便插，普通接口只能单面插。使整个基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统的集成度更高、更紧凑，移动和使用更方便，且具有较大的灵活性，便于整个系统应用到更多不同的区域进行信息的采集和分析，实用性更强。

高光谱成像光谱仪2包括成像镜头、分光系统和光谱相机。高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。分光系统是高光谱成像光谱仪的核心元件之一，分光系统通过光学元件把宽波长的混合光分散为不同频率的单波长光，并把分散光投射到面阵光谱相机上；光谱相机是高光谱成像光谱仪的另一个核心元件，光源产生的光与被检测对象作用后成为物理或化学信息的载体，然后通过分光元件投射到面阵光谱相机；而且成像镜头呈推扫型方式，信号采集精度很高，且扫描图像的信息还原性很好，使整个基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统的实用性更强。高光谱成像光谱仪2通过控制器8与高清相机3连接，高清相机3包括供电模块22和高速SD卡23，供电模块22采用DC/DC转换器将输入的直流电压转换为直流工作电压，为高清相机3供电。供电模块22和高速SD卡23均安装在高清相机3内部，高速SD卡23用于高空下对目标物可见光范围的高清图像数据存储；供电模块22为高清相机3提供电源，方便简捷，使整个系统的集成度更高，更轻便。

导航通讯系统包括导航定位系统16和通讯连接系统，其中，导航定位系统16包括外接GPS17和IMU惯导18，外接GPS17和IMU惯导18与高光谱成像光谱仪2刚性连接，IMU惯导18上设有惯导接口19，惯导接口19与机载计算机20连接，用来随时记录整个系统的位置和姿态信息，并将信息随时存储在机载计算机20中。通讯连接系统包括手动无线遥控器24和小型显示器25，手动无线遥控器24是通过无线电遥控作业进行影像拍摄，小型显示器25是地面控制站进行远程操控作业，通过无线传输和远程控制即能实现对搭载平台的控制，即规划无人机4的飞行速度、高度及航线，将指令发送到无人机4控制系统，并按照预定航线飞行，实时在线监测无人机4工作状态，使整个基于六旋翼无人机搭载高光谱推扫成像系统更灵活，移动和使用更方便，实用性更强。

以上仅为本发明的优选实施方式，旨在体现本发明的突出技术效果和优势，并非是对本发明的技术方案的限制。本领域技术人员应当了解的是，一切基于本发明技术内容所做出的修改、变化或者替代技术特征，皆应涵盖于本发明所附权利要求主张的技术范畴内。