偏振遥感多角度观测系统的设计与实现

论文摘要

在利用多波段、多时相、高光谱的遥感数据来提高遥感对地物识别能力的同时,人们注意到角度信息在偏振遥感信息识别和分类中所起的影响和贡献,即地物在2π空间上的三维光谱特征。与单一方向遥感相比,多角度对地观测通过对地面固定目标多个方向的观测,使得对目标的观测信息得以丰富,因而有希望从中提取更为详实可靠的地面目标三维空间结构参数,为研究BRDF提供新的途径。本文通过设计和构建偏振多角度观测实验系统,对地物三维光谱特征进行了理论分析,研究了多角度的调节。在偏振遥感地物光谱研究中,具有重要的理论意义和实用价值。论文的主要研究及工作如下：1.论文对偏振遥感多角度系统进行了整体设计。对系统的传动功能进行了分析,设计了旋转平台、摆动机构、光源入射机构以及自动升降平台。通过仿真软件对系统进行仿真研究,加工和调试了部分设计系统。2.完成了控制系统的硬件设计。选用DSP作为主控制器。依据控制系统所需实现的功能,对驱动模块、显示模块、通信模块进行了设计。在驱动模块的研制中,采用继电器驱动上电和断电,通过驱动电路芯片UCN5804B来驱动步进电机；在显示模块研制中,选用了OLED显示器,设计了TMS320LF2407同OLED的连接方式,采用锁存器74LS374来实现间接访问；采用串口通信的方式实现了上位机同下位机的通信。3.编制了相应的下位机软件和上位机软件。进行了串口通信的调试,对控制软件进行了仿真,验证了其应用的正确性。通过DSP的软件编译环境进行下位机编程,通过VC编译环境进行上位机编程,实现上位机同下位机的数据交换,以达到智能控制的目的。4.采用偏振多角度观测平台以及ASD光谱仪进行光谱实验,与原始平台进行比较,对不同的岩石进行光谱实验分析,得出了不同岩石的光谱特征,实验证明了平台是可行的。本文设计的偏振遥感多角度系统提高了光谱特征的连续性。通过岩石光谱实验验证了多角度信息提取的可行性,为航空遥感地物观测的进一步发展提供了技术支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究意义及背景
• 1.1.1 课题研究意义
• 1.1.2 课题研究背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 仪器平台介绍
• 1.2.2 对地偏振观测的应用研究
• 1.3 论文的组织
• 1.3.1 论文的主要工作
• 1.3.2 论文的内容安排
• 第二章 系统总体设计
• 2.1 BRDF分析
• 2.1.1 偏振物理基础
• 2.1.2 双向反射率分布函数
• 2.1.3 BRDF模型分析
• 2.2 偏振遥感多角度系统（BRDF模型）整体设计
• 2.2.1 系统功能要求
• 2.2.2 系统整体设计
• 2.2.3 系统实验流程设计
• 第三章 多角度模型结构设计及系统集成
• 3.1 机械结构设计方法与基本要求
• 3.1.1 机械结构设计特点
• 3.1.2 机械结构设计的基本要求
• 3.2 系统结构总体设计
• 3.2.1 总体设计要求
• 3.2.2 设计软件简介
• 3.2.3 设计流程
• 3.3 系统外围结构设计
• 3.3.1 旋转平台结构设计
• 3.3.2 光纤摆动结构设计
• 3.3.3 光源入射角结构设计
• 3.3.4 自动升降台结构设计
• 3.3.5 多角度系统结构总体集成
• 3.4 控制系统集成结构详细设计
• 3.4.1 电磁兼容性在结构设计中的应用
• 3.4.2 主控制单元机箱结构设计
• 第四章 多角度模型控制系统研究与实现
• 4.1 系统硬件总体设计及核心芯片介绍
• 4.1.1 系统集成
• 4.1.2 主控芯片介绍
• 4.1.3 TMS320LF2407特点
• 4.2 DSP模块设计
• 4.2.1 系统时钟电路设计
• 4.2.2 系统复位电路设计
• 4.2.3 系统电源电路设计
• 4.3 外围电路设计
• 4.3.1 显示模块设计
• 4.3.2 驱动电路设计
• 4.3.3 通信模块设计
• 4.3.5 硬件总体实现
• 4.4 系统软件设计
• 4.4.1 系统开发工具软件
• 4.4.2 下位机软件设计
• 4.4.3 上位机软件设计
• 第五章 系统比较分析与岩石实验分析
• 5.1 系统比较分析
• 5.1.1 系统研制情况
• 5.1.2 系统比较
• 5.2 偏振多角度岩石实验分析
• 5.2.1 多角度观测仪光谱比较分析
• 5.2.2 岩石的多角度偏振光谱及分析
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文