本发明属于光学遥感，具体涉及一种针对紫外波段吸收组分的超光谱无人机遥感辅助系统。
背景技术：
1、全球大气环境问题一直威胁着人民生命健康，尤其是vocs污染，除了刺激眼睛和呼吸道，使皮肤过敏，使人产生头痛、咽痛与乏力，还会致癌。为了有针对性地治理环境问题，需要有效监测污染物排放。对于复杂且高浓度大气污染排放的化工厂、产品加工厂等工业区，当前的手段都无法有效监测和溯源。具体包括：容易受到云遮挡影响的环境遥感卫星，时空分辨率严重不足，无法区分不同厂区，更无法溯源。公开号为cn108415038a的车载移动式vocs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统，这类车载仪器无法深入厂区内部观测，同时容易被工业园区发现，让园区暂停重污染物排放，也难以溯源。如公开号为cn108016628a公开的一种遥感成像航拍无人机，搭载在无人机上的点式仪器也必须进入园区，且测量范围十分有限，效率极低且难以溯源。因此需要一种搭载在小型无人机上的超光谱遥感成像载荷，它可以进行米级分辨率水平观测和定位排放源具体位置的同时，在厂区外快速监测，在厂区做出反应前完成监测任务。
2、然而，由于小型无人机的飞行高度有限，搭载在小型无人机上的超光谱遥感成像载荷(简称超光谱无人机载荷)距离地面较近，因此相较于环境遥感卫星，超光谱无人机载荷探测的散射光光程十分有限，接受到的光通量很弱，信噪比难以达到超光谱反演痕量气体的要求，尤其是对于光谱吸收较弱、吸收截面变化较慢的大部分vocs。最终使搭载在小型无人机上的超光谱无人机载荷在大俯仰角对地观测时无法获得有效结果。为了尽快填补监测溯源工业厂区大气污染物的技术空白，实现搭载在小型无人机上的小型化载荷，一种针对vocs等紫外波段吸收组分的超光谱无人机遥感辅助系统的需求十分迫切。
技术实现思路
1、鉴于上述，本发明的目的是提供一种针对紫外波段吸收组分的超光谱无人机遥感辅助系统，其能够增大超光谱无人机遥感载荷获得的光通量，使载荷获得更大的信噪比，能够正常反演；弥补超光谱无人机遥感载荷无法进行大仰角对地观测的问题，实现载荷的全方位检测；增大的光通量需要减少超光谱遥感成像载荷的积分时间，进一步提升载荷成像的时间分辨率。
2、为实现上述发明目的，实施例提供的一种针对紫外波段吸收组分的超光谱无人机遥感辅助系统，包括：
3、反射镜组，其镀有紫外膜，用于向超光谱无人机载荷提供对太阳直射光反射后的太阳反射光；
4、太阳追踪装置，其用于实时追踪太阳位置，并向控制端反馈太阳追踪装置的第一姿态信息；
5、无人机追踪装置，其用于实时追踪无人机载荷位置，并向控制端反馈无人机追踪装置的第二姿态信息；
6、云台装置，其用于支撑反射镜组、太阳追踪装置、以及无人机追踪装置，并基于接收的控制信息控制反射镜组转动以使超光谱无人机载荷接收经反射镜组反射的高光通量太阳反射光；
7、控制端，其用于控制太阳追踪装置和无人机追踪装置的实时追踪，基于第一姿态信息和第二姿态信息计算反射镜组的控制信息。
8、优选地，所述反射镜组包括两片反射镜，反射镜之间存在小于10cm的间隙，单片反射镜的尺寸大于0.5m×1m，反射镜的曲率半径大于50m，每片反射镜的镀膜波段至少覆盖280nm-450nm，并且紫外膜在不同波长上的反射率之差小于5％。
9、优选地，所述太阳追踪装置包括偏振片组、第一摄像头、第一俯仰角伺服电机、第一方位角伺服电机、第一俯仰角传感器、第一方位角传感器、以及第一定位模块，其中，偏振片组设于第一摄像头的入射光路上，实现对太阳直射光的偏振消光，第一摄像头具有小于60°的视场角，分辨率大于720p，第一俯仰角伺服电机和第一方位角伺服电机控制第一摄像头转动，第一俯仰角传感器和第一方位角传感器采集太阳追踪装置的第一俯仰角和第一方位角，组成第一姿态信息，第一定位模块用于进行太阳追踪装置的空间定位；
10、控制端控制太阳追踪装置实时追踪，包括：
11、粗调：获取第一定位模块空间定位的经纬度信息、第一姿态信息以及时间信息，并根据获得的信息计算当前太阳高度角和太阳方位角，根据当前太阳高度角和太阳方位角控制第一俯仰角伺服电机、第一方位角伺服电机将第一摄像头转到太阳的位置，以接收太阳直射光；
12、细调：获取第一摄像头采集的第一图像，并基于第一图像识别太阳，以第一图像中的太阳中心与第一图像的几何中心重合为目标，通过第一俯仰角伺服电机和第一方位角伺服电机的转动实现对太阳的实时追踪；
13、当基于第一图像无法追踪时，跳转执行粗调过程。
14、优选地，所述偏振片组包括沿入射光方向设置的第一偏振片、第二偏振片、以及第三偏振片，其中，第一偏振片和第二偏振片为固定偏振片，用于削弱太阳直射光强度，削弱程度在95％以上，第三偏振片为可转动偏振片，其根据反馈的实时太阳直射光强度进行转动，使得第一摄像头接收的太阳直射光斑亮度实时保持相对均一。
15、优选地，基于第一图像识别太阳，包括：
16、首先对图像进行灰度化处理，再进行形状判断识别出太阳，最后对识别到的太阳绘制轮廓和质心。
17、优选地，所述无人机追踪装置包括第二摄像头、第二俯仰角伺服电机、第二方位角伺服电机、第二俯仰角传感器、第二方位角传感器、以及以及第二定位模块，其中，第二摄像头具有小于30°的小视场角，分辨率为大于2k，第二俯仰角伺服电机和第二方位角伺服电机控制第二摄像头转动，第二俯仰角传感器和第二方位角传感器采集太阳追踪装置的第二俯仰角和第二方位角，组成第二姿态信息，第二定位模块用于进行无人机追踪装置的空间定位；
18、控制端控制无人机追踪装置实时追踪，包括：
19、粗调：获取超光谱无人机载荷的高度和经纬度，以及第二定位模块空间定位的经纬度信息，计算超光谱无人机载荷和无人机追踪装置之间的相对位置，根据相对位置控制第二俯仰角伺服电机和第二方位角伺服电机将第二摄像头转到超光谱无人机载荷的方向；
20、细调：获取第二摄像头采集的第二图像，通过第二图像识别载荷中心，以将第二图像中的载荷中心与第二图像的几何中心重合为目标，通过第二俯仰角伺服电机和第二方位角伺服电机的转动实现对超光谱无人机载荷的实时追踪；
21、当基于第二图像无法追踪时，跳转执行粗调过程。
22、优选地，通过第二图像识别载荷中心，包括：
23、采用颜色识别来识别第二图像中区别于背景色的超光谱无人机载荷；
24、或，采用运动识别来识别第二图像中的超光谱无人机载荷；
25、或，采用基于深度学习构建的识别模型来识别第二图像中的超光谱无人机载荷。
26、优选地，所述云台装置包括伺服电机转台、伺服电机电缸、反射镜支撑架、反射镜固定架以及追踪装置固定架，
27、所述反射镜支撑架固定在伺服电机转台的两端，其用于支撑反射镜固定架，反射镜固定架用于固定反射镜组，反射镜支撑架上有轴承，且反射镜固定架和反射镜的重心在反射镜支撑架轴承的中心线上，使得反射镜组可以在垂直方向上旋转；
28、所述伺服电机电缸固定在伺服电机转台上，其作用是将伺服电机的转动变为平动，并向上推动反射镜固定架和反射镜组，使反射镜组在垂直方向上旋转，即控制反射镜组的俯仰角；
29、所述伺服电机转台固定在支架上，其通过反射镜支撑架驱使反射镜组在水平方向上旋转，即控制反射镜组的方位角；
30、所述追踪装置固定架穿过伺服电机转台的中空孔直接固定在支架上，其用于支撑固定太阳追踪装置和无人机追踪装置。
31、优选地，控制端基于第一姿态信息、第二姿态信息计算反射镜组的控制信息，包括：
32、第一姿态信息包括第一俯仰角α1和第一方位角β1，第二姿态信息包括第二俯仰角α2和第二方位角β2，计算的控制信息包括控制反射镜组的第三俯仰角α3和第三方位角β3：
33、
34、其中，为反射镜反射平面的法矢量。
35、优选地，所述控制端还包括：
36、当认为得到的α3和β3正确时，得到反射镜反射平面的法矢量
37、
38、矢量运算得到的反射镜反射平面的法矢量
39、
40、当和不一致时，则令β3＝β3+π，实现误差修正。
41、与现有技术相比，本发明具有的有益效果至少包括：
42、设计太阳追踪装置及其实时追踪控制方式，使得太阳追踪装置能够实时追踪太阳的准确位置，并向控制端返回太阳相对反射镜组第一姿态信息；设计无人机追踪装置及其实时追踪控制方式，使得无人机追踪装置能够准确实时追踪无人机及其下挂载荷的准确位置，并向控制端返回无人机相对反射镜组的第二姿态信息；设计云台装置及其实时追踪控制方式，在控制端对第一姿态信息和第二进行姿态信息计算控制信息后，依据控制信息将反射镜转到合适的位置，使得太阳直射光可以反射到无人机载荷中，改变原有的接收太阳散射光的方式，最终实现增大超光谱无人机遥感载荷的光通量增大，使载荷获得更大的信噪比，能够正常反演。
43、本发明将太阳直射光反射到遥感无人机载荷的仪器内，不同于以往的仪器是接收太阳散射光。直射光的光通量很大，若仪器按照以往的太阳散射光形式，仪器内的光谱仪会直接饱和，所以需要大幅降低积分时间，提高时间分辨率，以正常接收太阳直射光。
1.一种针对紫外波段吸收组分的超光谱无人机遥感辅助系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的针对紫外波段吸收组分的超光谱无人机遥感辅助系统，其特征在于，所述反射镜组包括两片反射镜，反射镜之间存在小于10cm的间隙，单片反射镜的尺寸大于0.5m×1m，反射镜的曲率半径大于50m，每片反射镜的镀膜波段至少覆盖280nm-450nm，并且紫外膜在不同波长上的反射率之差小于5％。
3.根据权利要求1所述的针对紫外波段吸收组分的超光谱无人机遥感辅助系统，其特征在于，所述太阳追踪装置包括偏振片组、第一摄像头、第一俯仰角伺服电机、第一方位角伺服电机、第一俯仰角传感器、第一方位角传感器、以及第一定位模块，其中，偏振片组设于第一摄像头的入射光路上，实现对太阳直射光的偏振消光，第一摄像头具有小于60°的视场角，分辨率大于720p，第一俯仰角伺服电机和第一方位角伺服电机控制第一摄像头转动，第一俯仰角传感器和第一方位角传感器采集太阳追踪装置的第一俯仰角和第一方位角，组成第一姿态信息，第一定位模块用于进行太阳追踪装置的空间定位；
4.根据权利要求3所述的针对紫外波段吸收组分的超光谱无人机遥感辅助系统，其特征在于，所述偏振片组包括沿入射光方向设置的第一偏振片、第二偏振片、以及第三偏振片，其中，第一偏振片和第二偏振片为固定偏振片，用于削弱太阳直射光强度，削弱程度在95％以上，第三偏振片为可转动偏振片，其根据反馈的实时太阳直射光强度进行转动，使得第一摄像头接收的太阳直射光斑亮度实时保持相对均一。
5.根据权利要求3所述的针对紫外波段吸收组分的超光谱无人机遥感辅助系统，其特征在于，基于第一图像识别太阳，包括：
6.根据权利要求1所述的针对紫外波段吸收组分的超光谱无人机遥感辅助系统，其特征在于，所述无人机追踪装置包括第二摄像头、第二俯仰角伺服电机、第二方位角伺服电机、第二俯仰角传感器、第二方位角传感器、以及以及第二定位模块，其中，第二摄像头具有小于30°的视场角，分辨率为大于2k，第二俯仰角伺服电机和第二方位角伺服电机控制第二摄像头转动，第二俯仰角传感器和第二方位角传感器采集太阳追踪装置的第二俯仰角和第二方位角，组成第二姿态信息，第二定位模块用于进行无人机追踪装置的空间定位；
7.根据权利要求6所述的针对紫外波段吸收组分的超光谱无人机遥感辅助系统，其特征在于，通过第二图像识别载荷中心，包括：
8.根据权利要求1所述的针对紫外波段吸收组分的超光谱无人机遥感辅助系统，其特征在于，所述云台装置包括伺服电机转台、伺服电机电缸、反射镜支撑架、反射镜固定架以及追踪装置固定架，
9.根据权利要求1所述的针对紫外波段吸收组分的超光谱无人机遥感辅助系统，其特征在于，控制端基于第一姿态信息、第二姿态信息计算反射镜组的控制信息，包括：
10.根据权利要求1所述的针对紫外波段吸收组分的超光谱无人机遥感辅助系统，其特征在于，还包括：
