自动多角度地表光学辐射特性观测仪的制作方法

本发明涉及光辐射测量装置领域，具体是一种自动多角度地表光学辐射特性观测仪。

背景技术：

多角度地表光学反射特性是遥感定量化、气候气象、农业等科学领域的重要光学参数，地表多角度反射特性能够为科学研究和应用提供有效的观测数据。

目前常用的多角度地表反射特性测量需要人工手动测量或现场操作，而且测量设备的倾斜度、角度定位精度以及人工操作重复性会影响测量的准确性，并且人工操作不能提供长时间序列的地表特征，使其应用受到限制。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种自动多角度地表光学辐射特性观测仪，以解决人工手动测量复杂、测量准确性低以及不能长时间野外测量的问题。

本发明采用的技术方案如下：

自动多角度地表光学辐射特性观测仪，其特征在于：包括有多光谱辐射计、多角度精密转动机构、远程控制系统、野外支撑架，所述多光谱辐射计安装在多角度精密转动机构中，多角度精密转动机构固定在野外支撑架的顶部前端，所述远程控制系统包括有远程数据发送模块、远程控制箱，所述远程数据发送模块安装在野外支撑架的顶部，远程控制箱安装在野外支撑架的底部侧壁上；所述远程控制箱包括有主控单元、太阳能自主供电单元、数据采集单元，主控单元的信号输入端与数据采集单元的信号输出端连接，数据采集单元的信号输入端与多光谱辐射计的信号输出端连接，主控单元的信号输出端与多角度精密转动机构控制连接，主控单元与远程数据发送模块双向通信连接；所述远程控制系统对光辐射信号采集并远程传送至数据中心，通过数据中心远程控制多角度精密转动机构的多角度转动；所述太阳能自主供电单元为多光谱辐射计、多角度精密转动机构、远程控制系统供电。

所述的自动多角度地表光学辐射特性观测仪，其特征在于：所述多光谱辐射计包括有一体化壳体，一体化壳体的前端设有防尘头部、后端设有盖板，防尘头部中设有前置玻璃板，前置玻璃板实现防尘防水，整体采用全密封设计，有效的提高野外适应性；前置玻璃板的后方平行设有八个测量通道，每个测量通道均包括依次同轴设置的视场光阑、消杂散光阑一、消杂散光阑二、孔径光阑、滤光片和光电探测器，所述光电探测器固定在电路板上；所述一体化壳体内部安装有光电探测器前放电路板，并将光电探测器的输出信号传输至防水航插一；多光谱辐射计采用全固化设计，有效的减少光辐射测量过程中的动作，提高长期测量的稳定性。

所述的自动多角度地表光学辐射特性观测仪，其特征在于：所述防尘头部通过内六角螺钉固定在一体化壳体上，所述滤光片采用带宽为10nm～20nm的干涉滤光片并通过固定压圈螺纹固定在光电探测器上，所述电路板通过螺栓一固定在一体化壳体上，所述盖板通过密封圈和螺栓二密封固定在一体化壳体上。

所述的自动多角度地表光学辐射特性观测仪，其特征在于：所述远程数据发送模块连接有防水航插二。

所述的自动多角度地表光学辐射特性观测仪，其特征在于：所述野外支撑架包括有垂直设置的支架臂和横向固定在支架臂上的支架横杆，所述支架臂和支架横杆为相通的中空结构，支架臂与支架横杆之间连接有斜杆；所述多光谱辐射计的信号线和远程数据发送模块的通信线通过航空插头一、二进行输出，并从中空的野外支撑杆中走线，连接到远程控制箱中。

所述的自动多角度地表光学辐射特性观测仪，其特征在于：所述野外支撑架的支架臂长2.3m，多光谱辐射计头部距离地面1.8m，支架横杆长1.2m。

所述的自动多角度地表光学辐射特性观测仪，其特征在于：所述太阳能自主供电单元包括太阳能控制器、太阳能电池板和蓄电池，远程控制箱包括有密封箱体，所述太阳能控制器、主控单元、数据采集单元布设于密封箱体中，且太阳能控制器与主控单元、太阳能电池板电连接，太阳能电池板和蓄电池置于密封箱体外。

所述的自动多角度地表光学辐射特性观测仪，其特征在于：所述太阳能电池板和蓄电池的电缆线通过野外用紧固螺纹套与远程控制箱和野外支撑架连接。

所述的自动多角度地表光学辐射特性观测仪，其特征在于：所述多角度精密转动机构顶部开孔，用于安装多光谱辐射计，通过远程控制系统转动多光谱辐射计角度。

所述的自动多角度地表光学辐射特性观测仪，其特征在于：所述多角度精密转动机构中，通过北斗通信系统远程设置角度，实现方位角方向（0°～360°）和天顶角方向（-50°～50°）的多角度定位，定位精度优于0.1°，测量地表的多方向光谱光学反射特性。

远程控制系统中，全自动工作，根据日出日落时间自动开关机、自主供电、数据远程传输。远程控制系统中，自动测量夜晚地面反射作为暗信号并在白天测量时自动扣除暗信号。

本发明的优点是：

本发明使用八个全固化的多光谱测量通道，每个测量通道包含光学限制光阑、干涉滤光片、光电二极管，每个测量通道互不干涉，可以提高测量的可靠性和稳定性；使用多角度精密转动机构实现方位角和天顶角方向的多角度定位，利于地表方向特性测量的测量；使用北斗无线通信装置，实现实时的远程角度控制和数据传输，提高了野外的自主控制和工作能力；使用全自动测量工作方式，自动测量夜晚地面反射作为暗信号并在白天测量时自动扣除，减少了本底测量运动部件，增加长期测量的可靠性。整机具有防尘防水设计，有效的提高野外测量的长期适应性。

附图说明

图1为本发明构成图。

图2为本发明多光谱辐射计单元结构图。

具体实施方式

自动多角度地表光学辐射特性观测仪，整体构成图见图1所示。包括有多光谱辐射计1、多角度精密转动机构3、远程控制系统、野外支撑架10，所述多光谱辐射计1通过4个内六角螺栓2安装在多角度精密转动机构3中，多角度精密转动机构3通过螺栓4固定在野外支撑架10的顶部前端，所述远程控制系统包括有远程数据发送模块6、远程控制箱11，所述远程数据发送模块6螺纹安装在野外支撑架10的顶部，远程控制箱11焊接安装在野外支撑架10的底部侧壁上；整个野外支撑架通过4个膨胀螺栓19固定在水泥基地上；所述远程控制箱11包括有主控单元12、太阳能自主供电单元、数据采集单元13，主控单元12的信号输入端与数据采集单元13的信号输出端连接，数据采集单元13的信号输入端与多光谱辐射计1的信号输出端连接，主控单元12的信号输出端与多角度精密转动机构3控制连接，主控单元12与远程数据发送模块6双向通信连接；所述远程控制系统对光辐射信号采集并远程传送至数据中心，通过数据中心远程控制多角度精密转动机构的二维转台多角度转动；所述太阳能自主供电单元为多光谱辐射计1、多角度精密转动机构3、远程控制系统供电。

多光谱辐射计1包括有一体化壳体8，一体化壳体8的前端设有防尘头部21、后端设有盖板38，防尘头部221中设有前置玻璃板22，前置玻璃板22实现防尘防水，整体采用全密封设计，有效的提高野外适应性；前置玻璃板22的后方平行设有八个测量通道，每个测量通道均包括依次同轴设置的视场光阑24、消杂散光阑一25、消杂散光阑二26、孔径光阑27、滤光片28和光电探测器30，所述光电探测器30固定在电路板32上；所述一体化壳体8内部安装有光电探测器前放电路板33，并将光电探测器30的输出信号传输至防水航插一5；多光谱辐射计1采用全固化设计，有效的减少光辐射测量过程中的动作，提高长期测量的稳定性。

防尘头部21通过内六角螺钉23固定在一体化壳体8上，所述滤光片28采用带宽为10nm～20nm的干涉滤光片并通过固定压圈29螺纹固定在光电探测器30上，所述电路板32通过螺栓一31固定在一体化壳体8上，所述盖板38通过密封圈37和螺栓二34密封固定在一体化壳体8上。

远程数据发送模块6连接有防水航插二7。

野外支撑架10包括有垂直设置的支架臂10-1和横向固定在支架臂上的支架横杆10-2，所述支架臂10-1和支架横杆10-2为相通的中空结构，支架臂与支架横杆之间连接有斜杆9；所述多光谱辐射计1的信号线和远程数据发送模块6的通信线通过航空插头5、7进行输出，并从中空的野外支撑杆10中走线，连接到远程控制箱11中。保证关键线路不受外界雨雪对其造成的老化，斜杆9作为整个设备的加强支撑机构。野外支撑架10的支架臂长2.3m，多光谱辐射计头部距离地面1.8m，减小下雨时地面溅水对光学入瞳的污染。支架10南北方向放置，支架横杆长1.2m，保证观测过程中设备的阴影不会进入到视场中。太阳能电池板18和蓄电池17放置在支架的背面，远离观测点，保证不影响观测。

太阳能自主供电单元包括太阳能控制器14、太阳能电池板18和蓄电池17，远程控制箱11包括有密封箱体15，所述太阳能控制器14、主控单元12、数据采集单元13布设于密封箱体15中，且太阳能控制器14与主控单元12、太阳能电池板18电连接，太阳能电池板18和蓄电池17置于密封箱体15外。

太阳能电池板18和蓄电池17的电缆线通过野外用紧固螺纹套16与远程控制箱11和野外支撑架10连接。

多角度精密转动机构3顶部开孔，用于安装多光谱辐射计1，通过远程控制系统转动多光谱辐射计1角度。多角度精密转动机构3中，通过北斗通信系统远程设置角度，实现方位角方向（0°～360°）和天顶角方向（-50°～50°）的多角度定位，定位精度优于0.1°，测量地表的多方向光谱光学反射特性。

多光谱辐射计1、多角度精密转动机构3、野外支撑架10外壳表面喷漆防腐，同时减小吸收太阳光，内部喷涂哑光黑漆，减小杂散光，保证测量精度。

远程控制系统中，全自动工作，根据日出日落时间自动开关机、自主供电、数据远程传输。远程控制系统中，自动测量夜晚地面反射作为暗信号并在白天测量时自动扣除暗信号。

野外自主供电采用太阳能板和蓄电池联合的方式，晴天时多余的电量存储在蓄电池内，保证系统正常工作。太阳能板按照观测地点的经纬度进行倾斜角度放置，保证最优的光电转换效率。

设备的主控板放置在密封箱体15内，根据当地的经纬度计算日出和日落时间，进行日出开机和日落关机操作。日出开机后按照3min的间隔进行多光谱信号的采集，每次测量将30次的采样信号进行平均来提高测量的信噪比，将采集到的信号实时传输到远程数据中心，并同时存储在内部存储器中作为数据备份，日落时在夜间定时采集地面的信号作为暗背景，并传输至远程数据中心进行本底扣除。远程数据中心可以根据需求发送方位角方向（0°～360°）和天顶角方向（-50°～50°）的角度转动指令，远程的控制设备的多角度地表特性测量。