一種高光譜激光雷達目標樣品試驗裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及遙感領域，特別是涉及一種高光譜激光雷達目標樣品試驗裝置及方法。
【背景技術】
[0002]物體表面對電磁波的反射有三種形式:鏡面反射、漫反射和方向反射。鏡面反射指反射角等于入射角，反射能量集中在一個方向；漫反射指整個表面都均勻地向各向反射入射光；方向反射介于漫反射和鏡面反射之間，各向都有反射，但各向反射強度不均一。
[0003]實際上多數(shù)自然表面對輻射的波長而言都是粗糙表面。當目標物的表面足夠粗糙，以至于它對太陽短波輻射的反射輻射亮度在以目標物的中心的2 空間中呈常數(shù)，SP反射輻射亮度不隨觀測角度而變，我們稱該物體為漫反射體，亦稱朗伯體。漫反射又稱朗伯(Lambert)反射，也稱各向同性反射。介于漫反射和鏡面反射之間反射稱為方向反射，也稱非朗伯反射。產(chǎn)生方向反射的物體在自然界中占絕大多數(shù)，即它們對太陽輻射的散射具有各向異性性質(zhì)。當遙感應用進入定量遙感階段，我們必須拋棄“目標是朗伯體”的假設。目前大部分應用還都采用朗伯近似。描述方向反射不能簡單用反射率表述，因為各方向的反射率都不一樣。對遙感應用的目標即非朗伯體而言，它對太陽/光源輻射的反射、散射能力不僅隨波長而變，同時亦隨空間方向而變。
[0004]目標樣品的波譜特征是指該地物對光源的反射、散射能力隨波長而變的規(guī)律。地物波譜特征與地物的組成成份，物體內(nèi)部的結構關系密切，通俗講地物波譜特征也就是地物的顏色特征。目標樣品的的波譜特征是指特定入射角度和觀測角度下的測量值，包含其材料的波譜特征及其空間結構特征這兩個要素。
[0005]而目標樣品的方向特征是用來描述目標樣品對光源反射、散射能力在方向空間變化的，這種空間變化特征主要決定于兩種因素，其一是物體的表面粗糙度，它不僅取決于表面平均粗糙高度值與電磁波波長之間的比例關系，而且還與視角關系密切。
[0006]高光譜激光雷達的光源為寬譜的脈沖激光，相比傳統(tǒng)光譜儀器測量的光譜而言，積分時間極短，其光譜測量需要上升時間極其短的光電器件。專利201110178 7 50.4和200910243719.7是測量以太陽光光光源的地物的多角度信息的設備，不適合于脈沖激光雷達的應用。為了研究高光譜激光雷達在植被生化組分及結構參數(shù)探測中的應用，有必要研究目標樣品的光譜多角度信息，從而實現(xiàn)對復雜植被的結構和生化組分信息的精確探測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一 )要解決的技術問題
[0008]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種高光譜激光雷達目標樣品試驗裝置及方法，用于試驗研究目標樣品的在脈沖激光光源照射下的光譜多角度信息，從而為寬譜脈沖激光雷達的散射截面計算，對復雜植被的結構和生化組分信息的精確探測提供基礎數(shù)據(jù)。
[0009]( 二)技術方案
[0010]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種高光譜激光雷達目標樣品試驗裝置，其包括:
[0011]脈沖式超連續(xù)譜激光光源；激光源二維轉角裝置；發(fā)散角可調(diào)的電調(diào)準直器；連接脈沖式超連續(xù)譜激光光源和電調(diào)準直器的微結構晶體光纖；載物轉臺；探測器轉角裝置；固定在探測器支架上端的回波收集裝置；探測裝置；連接激光源二維轉角裝置、電調(diào)準直器、探測器轉角裝置、載物轉臺、探測裝置的控制中心；
[0012]作為上述技術方案的優(yōu)選，激光源二維轉角裝置包括光源水平轉臺、光源豎直轉臺、水平支架和豎直支架；
[0013]作為上述技術方案的優(yōu)選，電調(diào)準直器固定于所述激光源二維轉角裝置的豎直支架的上端，
[0014]作為上述技術方案的優(yōu)選，載物轉臺呈水平方向安裝于光源水平轉臺的上方，包括載物電動旋轉臺及固定于載物旋轉臺上的樣品載物盤。
[0015]作為上述技術方案的優(yōu)選，探測器轉角裝置包括探測豎直轉臺及安裝于探測豎直轉臺上的可伸縮的探測器支架，所述可伸縮探測器支架采用滑塊導軌結構，用于調(diào)節(jié)探測視場。
[0016]作為上述技術方案的優(yōu)選，回波收集裝置包括鏡筒、鏡筒前端安裝的石英雙凸透鏡、前后位置可調(diào)的聚焦后背、集光光纖，所述集光光纖的一端連接到聚焦后背的中心，該中心同時也是探測目標的成像焦點。
[0017]作為上述技術方案的優(yōu)選，探測裝置包括光纖連接器，匯聚鏡片，反射光柵，匯聚反射鏡，光闌，位置可調(diào)的32元線陣光電倍增管陣列傳感器模塊，傳感器驅(qū)動電路，切換開關，數(shù)據(jù)采集器，所述光纖連接器連接集光光纖的另外一端，所述傳感器驅(qū)動電路連接32元線陣光電倍增管陣列，所述位置可調(diào)的32元線陣光電倍增管陣列傳感器模塊包括一維平移臺、以燕尾槽形式安裝的傳感器運動部件、安裝在運動部件上的32元線陣光電倍增管陣列；探測裝置還包括一路單獨發(fā)射取樣探測模塊，包括鍍膜微透取樣鏡、光纖適配器、石英材質(zhì)的取樣光纖、光纖座、取樣探測器，取樣探測器的輸出直接輸入到數(shù)據(jù)采集器中。
[0018]作為上述技術方案的優(yōu)選，試驗裝置還包括漫反射參考白板。
[0019]作為上述技術方案的優(yōu)選，激光源二維轉角裝置、載物轉臺、探測器轉角裝置中的4個驅(qū)動電機上都安裝有絕對值編碼器。
[0020]本發(fā)明的試驗方法分為如下步驟:
[0021]S1:控制系統(tǒng)復位，激光源二維轉角裝置、載物轉臺、探測器轉角裝置讀取編碼器位置信息，經(jīng)控制系統(tǒng)比較后，運動到設定的初始位置；根據(jù)樣品特點，電動調(diào)節(jié)電調(diào)準直器的發(fā)散角，并且手動調(diào)節(jié)探測器支架的長度以及聚焦后背的位置，確定觀測的視場角；
[0022]S2:根據(jù)試驗要求，在控制中心上設定光源以及探測器的方位角及天頂角的范圍及測量間隔角度；
[0023]S3:在載物轉臺上放置參考白板，試驗裝置自動運行，測量規(guī)定方位及天頂角度的白板的光譜多角度信息，在每個測量位置，控制中心發(fā)送指令控制探測裝置中的切換開關，將選定通道的光電信號傳入數(shù)據(jù)采集器進行測量；
[0024]S4:在載物轉臺上放置目標樣品，試驗裝置自動運行，測量規(guī)定方位及天頂角度的目標樣品的光譜多角度信息，在每個測量位置，控制中心發(fā)送指令控制探測裝置中的切換開關，將選定通道的光電信號傳入數(shù)據(jù)采集器進行測量；
[0025]S5:控制軟件自動將S3和S4步驟獲取的信號進行高斯擬合，獲取高斯頂點的值；
[0026]S6:控制軟件按照雙向反射率因子公式計算光譜多角度信息。
[0027](三)有益效果
[0028]上述技術方案所提供的一種高光譜激光雷達目標樣品試驗裝置及方法，該系統(tǒng)可以自動測量目標樣品的光譜多角度信息。本發(fā)明光源采用寬譜的脈沖激光光源，相比傳統(tǒng)的太陽光源及其他模擬光源，更符合高光譜激光雷達的光源照射條件。本發(fā)明的發(fā)散角可調(diào)的電調(diào)準直器可以調(diào)整激光腳印的大小，配合可伸縮的探測器支架及可調(diào)節(jié)的聚焦后背可以調(diào)節(jié)觀測視場角，針對不同目標地物的要求實現(xiàn)不同探測范圍下的光譜多角度信息測量。另外，通過調(diào)節(jié)32元線陣光電倍增管陣列傳感器模塊的相對位置，可以對應不同的光譜范圍，實現(xiàn)測量光譜范圍的按需調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明實施例的一種高光譜激光雷達目標樣品試驗裝置及方法的整體結構示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明實施例的一種高光譜激光雷達目標樣品試驗裝置及方法的發(fā)射取樣探測模塊示意圖；
[0031]圖3是本發(fā)明實施例的一種高光譜激光雷達目標樣品試驗裝置及方法的接收部分的原理示意圖；
[0032]圖4是本發(fā)明實施例的一種高光譜激光雷達目標樣品試驗裝置及方法的多通道全波形測量裝置運動示意圖；
[0033]其中，101:脈沖式超連續(xù)譜激光光源；102:光纖；103:電調(diào)準直器；106:載物轉臺；107:電動旋轉臺；108:樣品載物盤；111:光源水平轉臺；112:光源豎直轉臺；113:水平支架；114:和豎直支架；121:探測豎直轉臺；122:可伸縮的探測器支架；123:滑塊導軌結構；131回波收集裝置；132:集光光纖；135:聚焦后背；141:探測裝置；147:數(shù)據(jù)采集器；151:控制中心；160:發(fā)射取樣探測模塊；161:鍍膜微透取樣鏡；162:光纖適配器；163:取樣光纖；164:光纖座；165:取樣探測器；171:—維平移臺；172:傳感器運動部件；173:32元線陣光電倍增管陣列；142:光纖連接器；143:匯聚鏡片；144:反射光柵；145:匯聚反射鏡；146:光闌；148:32兀線陣光電倍增管陣列傳感器模塊；149:傳感器驅(qū)動電路；181:切換開關；147:數(shù)據(jù)采集器
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍