無人機載日光誘導熒光測試系統 GaiaSky-SP-SIF
基本原理
日光誘導葉綠素熒光監測系統與旋翼無人機的結合開辟了精準農業監測的新型應用。葉綠素熒光包含豐富的光合信息，通過提取能夠表征植
被、農作物、葉片、樹木冠層等反射光譜信號中的熒光信息，再結合熒光參數、葉綠素等生理生化參數（地面瞬時環境條件下測定），可判斷
不同環境下（肥料、水分、病脅迫、病蟲害等）作物的葉綠素熒光光譜特征及其熒光指標與其他參數（對冠層溫度、表面的輻照度、葉綠素含量測量）之間的關系，因此機載葉綠素熒光監測技術是高效、適時、快
速、靈敏、無損探測作物植被等生理狀態及其與所處環境關系的理想監測技術，可廣泛應用于評價植被等的健康狀態。
系統配置技術指標
系統結構介紹
模塊化集成，結構標準化，無需調試、調整系統結構，只需按照要求安裝在無人機上即可，通過無線圖傳數據線實現系統與無人機、地面監控平臺的互通。通過無人機云臺給系統提供獨立的供電。下行光纖與獨立模塊固定便于成像鏡頭的切換，輔助相機集成在獨立模塊上，以便觀察、監控采集區域。上行余弦校正功能實現模塊化，實時采集太陽光照信號，其透過率高，勻化效果好，適應波段范圍廣。GPS信息可以精準定位采集區域的位置信息。
圖 系統主體 圖 系統搭載在無人機上
技術優勢
● 系統集成度高;
● 系統操控性好，操作簡單；
● 輔助監控，精準定位采集區域；
● 一鍵采集；
● 反射、熒光光譜顯示及輸出；
● 定點巡航；
● **輻射定標；
● 實時太陽光余弦校正模塊；
● GPS模塊；
● 35mm/50mm成像鏡頭及裸光纖模式切換；
● 特殊光纖結構，快速完成上行下行信號的切換，確保上下行實現同步采集；
● 可無人機、地面兩用；
● 高清圖傳數傳一體結構確保對系統控制（操控、數據回傳等）；
● 多種數據處理模型；
基本原理
無人機載日光誘導葉綠素熒光（SIF）自動觀測系統（**號：2020202517297）（GaiaSky-SIF）的硬件構成包括光纖光譜儀、光纖、光路切換模組及開關、監控相機、采集控制單元以及校準模組等部分。目前主要采用高靈敏度光纖光譜儀及其配件，可用于植被葉綠素熒光及高光譜野外連續穩定的高頻觀測。系統可實現在無人機載平臺下的植被冠層高頻高/超光譜觀測。觀測頻率可達到 10s/次，一次飛行可觀多條光譜。同時，該系統上行和下行兩個通道雙余弦觀測，地物的檢測范圍大幅提高，市場**商業化的產品。
● 日光誘導葉綠素熒光SIF(Sun/Solar-induced Chlorophyll Fluorescence)是植物在太陽光照條件下，由光合中心發射出的光譜信號
(650—800 nm)，具有紅光(690 nm左右)和近紅外(760 nm左右)兩個波峰，能直接反映植物實際光合作用的動態變化。
● SIF遙感是近年迅速發展起來的植被遙感技術，可彌補當前植被遙感觀測的不足，為陸地生態系統碳循環和植被監測等提供了新的思路和技術。
● 以基于“綠度”觀測的植被指數(如NDVI)為代表的植被遙感在過去30年極大地促進了從宏觀尺度上來理解和認識地球生物圈，但其只能通過“綠度”來探測植物“潛在光合作用”。
● 葉綠素熒光在植被光合生理探測方面具有獨特的技術優勢，是“實際光合作用”的直接探測方法。
● 可以說植被葉綠素熒光遙感是近10年來植被遙感領域*具突破性的研究前沿。隨著研究和技術的發展，SIF遙感*近10幾年來得到了長足的進步。
圖 理論分析
圖 測試原理圖
圖 采集示意 圖 光纖結構
圖 區城信息獲取 (非成像)
輻射定標：
整個光路系統需進行輻射定標，以將光譜儀采集的 DN 值轉化成輻照度（mW/m2
/nm）或者輻亮度的單位（mW/m2
/
nm/sr）。輻射定標需對裸光纖和連接余弦校正器的光路分別定標。輻射定標是指用一臺已知光譜輸出功率的燈來
校準光譜儀每個像元下的響應強度。**輻射定標改變了整個光譜的形狀和大小，校正了儀器的單個儀器響應函數（IRF），并將光譜儀所測的 Digital Number（DN）轉化為物理量。定標系數由以下公式計算：其中α為計算的輻射定標系數，L 為標準光源的輻亮度或輻照度，DC 為光譜儀在不進光的情況下所測的暗電流值。通過輻射校準后的光譜的單位是單位面積單位波長的功率輸出，標準光源通常單位表達為 μW/cm2
/nm，*好將其數值乘以 10 以使單位轉化為 mW/m2/nm，輻亮度轉化關系相同。大尺度、高通量植物葉綠素熒光成像測量分析提供**的解決方案，完全適用于陸空雙基高光譜遙感分析。
主要應用于以下領域：
● 植物光合作用和熒光測量
● 植物制圖和植被健康特征
● 森林資源調查評估
● 農作物生長評估
● 陸空雙基高光譜遙感監測
