便携式野外光谱仪

1、3nm350nm1000nm10nm1000nm2500nm地面传感器航空平台搭载的传感器航天（卫星）平台搭载的传感器 为了配合星载高光谱探测仪器而研发的地面高光谱仪器同时投入使为了配合星载高光谱探测仪器而研发的地面高光谱仪器同时投入使用。目前用于地学领域的高光谱仪器主要是由美国用。目前用于地学领域的高光谱仪器主要是由美国ADSADS公司生产的便携公司生产的便携式野外高光谱仪器。式野外高光谱仪器。3nm350nm-1000nm8.5nm1000nm-1900nm6.5nm1700-2500nm1-1 1.1.光纤与光谱仪箱体内部感光纤与光谱仪箱体内部感 光器连接，将接收到的光谱信号光器连接，将

2、接收到的光谱信号导入光谱仪导入光谱仪 2.2.光纤构成：由光纤构成：由5757条条200200微米微米芯径石英光纤同心状而成，外面芯径石英光纤同心状而成，外面由金属螺纹管铠装。不怕踩压，由金属螺纹管铠装。不怕踩压，严禁折死弯！严禁折死弯！ 3.3.光纤前端外接可拆卸探头光纤前端外接可拆卸探头 4.4.光纤圆滑弯曲对信号的影光纤圆滑弯曲对信号的影响响1%1% 1. .光谱仪的探头是获取光波信号的，光谱仪的探头是获取光波信号的，野外进行光谱测试时所使用探头会因光野外进行光谱测试时所使用探头会因光谱仪的具体型号不同而有所区别，但所谱仪的具体型号不同而有所区别，但所获取的光谱信号是一样的，不会因探头获

3、取的光谱信号是一样的，不会因探头的结构不同而产生差别。的结构不同而产生差别。 2.2.裸光纤的视场角是裸光纤的视场角是2525可视具体可视具体测试对象的不同加装不同的前光器，一测试对象的不同加装不同的前光器，一般仪器标配的是一个般仪器标配的是一个5 5视场角的前光视场角的前光器。器。 3.3.视场角度大，覆盖的范围大，光视场角度大，覆盖的范围大，光谱混合程度高谱混合程度高 4.4.视场角度小，覆盖的范围小，光视场角度小，覆盖的范围小，光谱混合程度低谱混合程度低 内置光源的反射探头：将光纤、内置光源的反射探头：将光纤、光源、标准板集成一体，其测量的范光源、标准板集成一体，其测量的范围局限在有限圆

4、的面积之内，可直接围局限在有限圆的面积之内，可直接接触被测量的目标物，从而获得单一接触被测量的目标物，从而获得单一的或有限混合的目标物的光谱。的或有限混合的目标物的光谱。标准板（白板光纤电源手柄2.2.3 3.4 太阳光照射到不同地物表面后，其能量发生三个方面的变化，一太阳光照射到不同地物表面后，其能量发生三个方面的变化，一部分能量被反射，一部分能量被吸收，一部分能量被透射。部分能量被反射，一部分能量被吸收，一部分能量被透射。到达地面的太阳辐射能量到达地面的太阳辐射能量=反射能量反射能量+吸收能量吸收能量+透射能量透射能量 对于高光谱遥感，太阳辐射能对于高光谱遥感，太阳辐射能量到达地表后被不同

5、地物反射的能量到达地表后被不同地物反射的能量部分是其探测的主要对象。而地量部分是其探测的主要对象。而地面光谱测试，所获取的光谱数据也面光谱测试，所获取的光谱数据也是太阳辐射能量到达地表后被不同是太阳辐射能量到达地表后被不同地物反射的那部分能量中的一部分。地物反射的那部分能量中的一部分。2-1-1 太阳光谱及辐射能量太阳光谱及辐射能量 太阳辐射的光谱是连续光谱，按波长的不同分为射线 射线远紫外中紫外近紫外可见光近红外中红外远红外微波；可见光和近红外波段占整个太阳光能量的80%。 太阳辐射各波段及能量比 波长与能量关系2-1-2 2-1-2 光谱仪的探测范围光谱仪的探测范围 由太阳辐射光谱能量分布

6、可以看出，太阳辐射光谱的能量在可见光由太阳辐射光谱能量分布可以看出，太阳辐射光谱的能量在可见光和近红外波段最强，占整个太阳辐射能量的和近红外波段最强，占整个太阳辐射能量的80%，相应的地物反射光谱，相应的地物反射光谱能量也高，有利于仪器的探测。目前高光谱遥感所获取的波段也集中在能量也高，有利于仪器的探测。目前高光谱遥感所获取的波段也集中在此范围并略有扩展。相应的地面光谱测试仪器的探测波长范围为此范围并略有扩展。相应的地面光谱测试仪器的探测波长范围为350nm2500nm.2-2-1 天气情况天气情况 光谱仪探测的是地物反射的太阳光谱，进行光谱测量时应选择晴空光谱仪探测的是地物反射的太阳光谱，进

7、行光谱测量时应选择晴空无云的天气进行，即使天空有少量的云朵移动，也会影响光谱曲线的形无云的天气进行，即使天空有少量的云朵移动，也会影响光谱曲线的形态，特别是在标准化以后。野外受条件的限制，在云量较少时，可以选态，特别是在标准化以后。野外受条件的限制，在云量较少时，可以选择合适的光线窗口进行测试，前提是标准化和测试在紧邻的时间内完成。择合适的光线窗口进行测试，前提是标准化和测试在紧邻的时间内完成。2-2-2 风力影响（风力影响（3级）级） 过大的风力会产生扰动现象，影响到光谱曲线的形态和可信度，报过大的风力会产生扰动现象，影响到光谱曲线的形态和可信度，报告错误数据。即使是在野外进行固定地物（岩石

8、、土壤）光谱数据测试告错误数据。即使是在野外进行固定地物（岩石、土壤）光谱数据测试时，强风的影响也较明显。当进行植被、水体等光谱测试时，风力的影时，强风的影响也较明显。当进行植被、水体等光谱测试时，风力的影响非常明显，光谱仪测试的数据无法稳定下来，测试工作无法完成。响非常明显，光谱仪测试的数据无法稳定下来，测试工作无法完成。2-2-3 2-2-3 时间的影响时间的影响1.1.太阳高度角对光谱测试的影响太阳高度角对光谱测试的影响早晚太阳高度角比较低时，太阳光被反射部分的能量低，不利于光谱测试。随着太阳高度角的增大，太阳光被反射部分能量大，有利于光谱测试。2.2.湿度对光谱测试的影响湿度对光谱测试

9、的影响 早晚空气中水气含量高时，湿度增大，水汽对光谱的吸收作用明显。不利于光谱测试。一点建议：为了获取高重量的光谱数据，建议光谱测一点建议：为了获取高重量的光谱数据，建议光谱测试的时间应选在：夏季：试的时间应选在：夏季：；冬季：；冬季：为最佳。：为最佳。2-2-4 2-2-4 环境的影响环境的影响1 1快速移动体的影响快速移动体的影响受测对象的周围，如果有快速移动的物体时，同样会对周围的环受测对象的周围，如果有快速移动的物体时，同样会对周围的环境产生光极化扰动，影响光谱数据的采集精度。在采集过程中，如果境产生光极化扰动，影响光谱数据的采集精度。在采集过程中，如果有移动物体通过，应等待避开。经验

10、值：快速移动体与光谱测试目标有移动物体通过，应等待避开。经验值：快速移动体与光谱测试目标地物的距离地物的距离米。米。2 2强电磁干扰强电磁干扰在矿区工作时，生产矿区的高压电器设备产生的电磁场也会影在矿区工作时，生产矿区的高压电器设备产生的电磁场也会影响光谱仪采集数据的稳定性，表现为光谱曲线的抖动，应避让。尤响光谱仪采集数据的稳定性，表现为光谱曲线的抖动，应避让。尤其在用电设备的启动瞬间，影响更为明显。其在用电设备的启动瞬间，影响更为明显。2-2-5 2-2-5 前光器（探头）与目标地物的距离影响前光器（探头）与目标地物的距离影响前光器与目标地物的距离大，所包含目标地物的有效面积就大，测试光谱数

11、据的混合程度高。反之，测试光谱数据的混合程度低。不同的前光器，有效的视场角度不同，相同距离时所包含的目标地物的有效面积也不同。测试的光谱数据的混合程度也不同。视场面积小视场面积大视场面积小视场面积大 一般点议：测试植被、土壤、水体的光谱时，使用裸一般点议：测试植被、土壤、水体的光谱时，使用裸光纤；当测试的岩石出露面积较小时，使用光纤；当测试的岩石出露面积较小时，使用5前光器。前光器。 大气吸收波段位置 1. 4. 1.设定（裸光纤或5前光器）光谱平均次数暗电流平均次数标准板(白板）平均次数 3. “OPT”WR。1.0 OPT WR DC OPT WR 1. OPT3. 4. RAD6 1.

12、2. RAD4. 3. 7 7-1 7-2 7-3 7-3 这是正常的现象，在1400nm、1900nm附近的跳跃是因为附近的波段被大气吸收了，没有数据才出现无规律的跳跃。跳跃剧烈、波段位置相对宽，说明大气吸收程度高；如果跳跃程度低，波段位置相对窄，说明大气吸收低，更有利于光谱测试。所以，这两个波段位置跳跃变化情况，也反映了天气的状况。7-4 由于中红外能量相对若，易受大气环境干扰，出现有限的跳跃是正常的，只要跳幅0.05，数据质量是可靠的。要获得中红外波段光滑的曲线几乎是不可能的7-5 屏幕上光谱曲线的抖动，或出现向上、向上的尖峰，一般都是周围其它高压电器使用所引起的，野外发生这种情况应避让。 室内测试光谱时，发生这种情况，一般是室内有其它用电设备正在使用，或照明灯光引起，开始光谱测试时，关闭它们。 ViewSpec 数据后处理软件，可以对光谱