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一种基于无人机平台的微型高光谱仪系统

阅读：47发布：2023-02-24

专利汇可以提供一种基于无人机平台的微型高光谱仪系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种基于无人机平台的微型高光谱仪系统。该系统包括四旋翼无人机、无人机遥控器、微型高光谱仪以及移动终端，无人机遥控器通过无线方式连接四旋翼无人机，移动终端通过4G通信方式连接微型高光谱仪。本实用新型使用最新的二维光谱传感器以及高性能处理器，结合对电路板的紧凑型设计，使得微型高光谱仪的体积大大减小，方便无人机携带，实现对高空待测物的光谱测量；并且使用4G无线通信技术，将采集的数据实时传输至移动终端，大大扩展了微型高光谱仪的应用场景。，下面是一种基于无人机平台的微型高光谱仪系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于无人机平台的微型高光谱仪系统，其特征在于，包括四旋翼无人机(10)、无人机遥控器、微型高光谱仪(30)以及移动终端；
所述四旋翼无人机(10)包括机座支架(101)、第一旋翼(102)、第二旋翼(103)、第三旋翼(104)、第四旋翼(105)，所述机座支架(101)包括悬挂卡位(106)和四个机翼支架(107)，所述微型高光谱仪(30)可拆装的安装在所述悬挂卡位(106)；所述机座支架(101)的四个机翼支架(107)分别安装所述第一旋翼(102)、第二旋翼(103)、第三旋翼(104)、第四旋翼(105)；
所述微型高光谱仪(30)包括二维光谱传感器(301)、传感器板(302)、接口板(303)、核心板(304)、连接软板(305)、4G网卡(307)以及壳体，所述二维光谱传感器(301)用于接收待测物的光信号得到光谱信息，所述二维光谱传感器(301)安装在所述传感器板(302)上；所述传感器板(302)通过所述连接软板(305)通信连接所述接口板(303)，使所述传感器板(302)相对于所述接口板(303)进行翻转；所述接口板(303)和核心板(304)通过插接口(306)通信连接，且所述接口板(303)和核心板(304)叠加固定；所述传感器板(302)、所述接口板(303)以及所述核心板(304)安装在所述壳体上；所述4G网卡(307)设置在所述接口板(303)上；
所述无人机遥控器通过无线方式连接所述四旋翼无人机(10)，所述移动终端通过4G通信方式连接所述微型高光谱仪(30)。
2.根据权利要求1所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，其特征在于，所述二维光谱传感器(301)包含多个CMOS单元模块，所述多个CMOS单元模块采用马赛克阵列排列在平面上。
3.根据权利要求1所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，其特征在于，所述二维光谱传感器(301)为IMEC CMV2000光传感器，所述IMEC CMV2000光传感器包括25个光谱通道，每个所述光谱通道采集待测物不同频段的光谱信息；
所述IMEC CMV2000光传感器采集待测物的光谱频段为679nm-962nm。
4.根据权利要求1所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，其特征在于，所述微型高光谱仪(30)还包括照明灯，所述照明灯设置在所述壳体上，且与所述二维光谱传感器(301)同侧设置。
5.根据权利要求1所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，其特征在于，所述核心板(304)包括ZYNQ-7000芯片。
6.根据权利要求5所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，其特征在于，所述核心板(304)还包括与所述ZYNQ-7000芯片连接的存储器，所述存储器包括DDR3存储器、EMMC存储器、EEPROM存储器、NOR Flash存储器。
7.根据权利要求1所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，其特征在于，所述移动终端包括用于显示所述微型高光谱仪(30)的采集数据的显示屏。
8.根据权利要求1所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，其特征在于，所述接口板(303)上有用于供电的第一USB供电接口，所述四旋翼无人机(10)装载有机载电池和第二USB供电接口，所述机载电池连接所述第二USB供电接口；所述第一USB供电接口通过线缆电连接所述第二USB供电接口。
9.根据权利要求1所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，其特征在于，所述微型高光谱仪(30)还包括用于为所述微型高光谱仪(30)供电的电池组。
10.根据权利要求1所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，其特征在于，所述移动终端为4G智能手机。

说明书全文

一种基于无人机平台的微型高光谱仪系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及光谱仪领域，更具体地说，涉及一种基于无人机平台的微型高光谱仪系统。

背景技术

[0002] 传统光谱仪体积较大，不方便携带和移动，因此通常需要将待测物移动至光谱仪所在地进行检测，大大限制了光谱仪的应用场景，也使检测成本较高。特别是对于处于高空的待测物，很难进行光谱检测。另一方面，现有光谱仪仅能通过USB通信方式与计算机进行有线连接通信，无法通过无线方式传输检测数据，限制了光谱仪的应用场景。实用新型内容

[0003] 本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于无人机平台的微型高光谱仪系统。

[0004] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于无人机平台的微型高光谱仪系统，包括四旋翼无人机、无人机遥控器、微型高光谱仪以及移动终端；

[0005] 所述四旋翼无人机包括机座支架、第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼、第四旋翼，所述机座支架包括悬挂卡位和四个机翼支架，所述微型高光谱仪可拆装的安装在所述悬挂卡位；所述机座支架的四个机翼支架分别安装所述第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼、第四旋翼；

[0006] 所述微型高光谱仪包括二维光谱传感器、传感器板、接口板、核心板、连接软板、4G网卡以及壳体，所述二维光谱传感器用于接收待测物的光信号得到光谱信息，所述二维光谱传感器安装在所述传感器板上；所述传感器板通过所述连接软板通信连接所述接口板，使所述传感器板相对于所述接口板进行翻转；所述接口板和核心板通过插接口通信连接，且所述接口板和核心板叠加固定；所述传感器板、所述接口板以及所述核心板安装在所述壳体上；所述4G网卡设置在所述接口板上；

[0007] 所述无人机遥控器通过无线方式连接所述四旋翼无人机，所述移动终端通过4G通信方式连接所述微型高光谱仪。

[0008] 进一步，本实用新型所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，所述二维光谱传感器包含多个CMOS单元模块，所述多个CMOS单元模块采用马赛克阵列排列在平面上。

[0009] 进一步，本实用新型所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，所述二维光谱传感器为IMEC CMV2000光传感器，所述IMEC CMV2000光传感器包括25个光谱通道，每个所述光谱通道采集待测物不同频段的光谱信息；

[0010] 所述IMEC CMV2000光传感器采集待测物的光谱频段为679nm-962nm。

[0011] 进一步，本实用新型所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，所述微型高光谱仪还包括照明灯，所述照明灯设置在所述壳体上，且与所述二维光谱传感器同侧设置。

[0012] 进一步，本实用新型所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，所述核心板包括ZYNQ-7000芯片。

[0013] 进一步，本实用新型所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，所述核心板还包括与所述ZYNQ-7000芯片连接的存储器，所述存储器包括DDR3存储器、EMMC存储器、EEPROM存储器、NOR Flash存储器。

[0014] 进一步，本实用新型所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，所述移动终端包括用于显示所述微型高光谱仪的采集数据的显示屏。

[0015] 进一步，本实用新型所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，所述接口板上有用于供电的第一USB供电接口，所述四旋翼无人机装载有机载电池和第二USB供电接口，所述机载电池连接所述第二USB供电接口；所述第一USB供电接口通过线缆电连接所述第二USB供电接口。

[0016] 进一步，本实用新型所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，所述微型高光谱仪还包括用于为所述微型高光谱仪供电的电池组。

[0017] 进一步，本实用新型所述的基于无人机平台的微型高光谱仪系统，所述移动终端为4G智能手机。

[0018] 实施本实用新型的一种基于无人机平台的微型高光谱仪系统，具有以下有益效果：该系统包括四旋翼无人机、无人机遥控器、微型高光谱仪以及移动终端，无人机遥控器通过无线方式连接四旋翼无人机，移动终端通过4G通信方式连接微型高光谱仪。本实用新型使用最新的二维光谱传感器以及高性能处理器，结合对电路板的紧凑型设计，使得微型高光谱仪的体积大大减小，方便无人机携带，实现对高空待测物的光谱测量；并且使用4G无线通信技术，将采集的数据实时传输至移动终端，大大扩展了微型高光谱仪的应用场景。附图说明

[0019] 下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

[0020] 图1是一实施例提供的四旋翼无人机的结构示意图；

[0021] 图2是一实施例提供的四旋翼无人机的结构示意图；

[0022] 图3是一实施例提供的微型高光谱仪的结构示意图。

具体实施方式

[0023] 为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

[0024] 实施例

[0025] 参考图1至图3，本实施的基于无人机平台的微型高光谱仪系统包括四旋翼无人机10、无人机遥控器、微型高光谱仪30以及移动终端，无人机遥控器通过无线方式连接四旋翼无人机10，无人机遥控器对四旋翼无人机10的控制可参考现有技术，本实施例不再赘述。移动终端通过4G通信方式连接微型高光谱仪30，本实施例中4G通信方式通过在微型高光谱仪
30上设置4G网卡实现，4G网卡可使用电信运营商的商业网卡，即可实现4G网络的优质覆盖，也大大降低研发成本。

[0026] 四旋翼无人机10包括机座支架101、第一旋翼102、第二旋翼103、第三旋翼104、第四旋翼105，机座支架101包括悬挂卡位106和四个机翼支架107，微型高光谱仪30可拆装的安装在悬挂卡位106；机座支架101的四个机翼支架107分别安装第一旋翼102、第二旋翼103、第三旋翼104、第四旋翼105。需要说明的，四旋翼无人机10还包括飞行动力系统和飞行控制系统，飞行动力系统和飞行控制系统可参考现有技术，本实施例不再赘述。

[0027] 微型高光谱仪30包括二维光谱传感器301、传感器板302、接口板303、核心板304、连接软板305、4G网卡307以及壳体，二维光谱传感器301用于接收待测物的光信号得到光谱信息，二维光谱传感器301安装在传感器板302 上；传感器板302通过连接软板305通信连接接口板303，使传感器板302相对于接口板303进行翻转；优选地，传感器板302与接口板303呈90°角。接口板303和核心板304通过插接口306通信连接，且接口板303和核心板 304叠加固定；传感器板302、接口板303以及核心板304安装在壳体上；4G 网卡307设置在接口板303上。

[0028] 作为选择，本实施例的基于无人机平台的微型高光谱仪系统中，二维光谱传感器301包含多个CMOS单元模块，多个CMOS单元模块采用马赛克阵列排列在平面上。

[0029] 作为选择，本实施例的基于无人机平台的微型高光谱仪系统中，二维光谱传感器301为IMEC CMV2000光传感器，IMEC CMV2000光传感器包括25个光谱通道，每个光谱通道采集待测物不同频段的光谱信息；IMEC CMV2000光传感器采集待测物的光谱频段为679nm-
962nm。

[0030] 作为选择，本实施例的基于无人机平台的微型高光谱仪系统中，微型高光谱仪30还包括照明灯，照明灯设置在壳体上，且与二维光谱传感器301同侧设置。

[0031] 作为选择，本实施例的基于无人机平台的微型高光谱仪系统中，核心板 304包括ZYNQ-7000芯片，可以理解微处理电路还包括与ZYNQ-7000系列芯片匹配的外围电路。该ZYNQ-7000系列芯片分为PL、PS部分，其中PL部分等同于FPGA，PS部分包括2个ARM9的核。该芯片处理能力十分强大，处理速度十分迅速。与往常的FPGA+ARM架构相比，FPGA驱动传感器并将数据传输至 ARM，该芯片采用PL驱动并将数据传输至PS部分。因为该芯片将FPGA、ARM 集成到一块芯片中并使用AXI总线连接，不仅节省了很多空间，使光谱仪小型化。而且极大的提升了PL与DDR、ARM间的数据传输速度，为高光谱图像传感器高速连拍提供了物理条件。

[0032] 作为选择，本实施例的基于无人机平台的微型高光谱仪系统中，核心板 304还包括与ZYNQ-7000芯片连接的存储器，存储器包括DDR3存储器、EMMC 存储器、EEPROM存储器、NOR Flash存储器。DDR3存储器用于提供缓存空间，缓存空间用于存储二维光谱传感器采集的待测物的光谱信息。作为选择，DDR3 存储器可选容量为1GB。可以理解，该DDR3存储器的容量大小可根据需要进行调整，选择大容量的存储器，可为光谱仪提供大量的缓存空间，因为高光谱图像每一帧的数据量是很大的，加上高速连拍，使得数据量极大，DDR3大的存储空间为整个系统功能的实现提供了可能。EMMC存储器用于在传输环境不理想时临时存储二维光谱传感器采集的待测物的光谱信息、以及处理光谱信息得到的检测结果。优选地，EMMC存储器的容量为4GB，可以理解，该EMMC 存储器的容量大小可根据需要进行调整。EEPROM存储器用于存储便携式二维成像微型光谱仪的软件、硬件版本信息。NOR Flash存储器用于储存微型光谱仪的裸机程序或系统程序。

[0033] 作为选择，本实施例的基于无人机平台的微型高光谱仪系统中，移动终端包括用于显示微型高光谱仪30的采集数据的显示屏。

[0034] 作为选择，本实施例的基于无人机平台的微型高光谱仪系统中，接口板 303上有用于供电的第一USB供电接口，四旋翼无人机10装载有机载电池和第二USB供电接口，机载电池连接第二USB供电接口；第一USB供电接口通过线缆电连接第二USB供电接口。本实施例使用四旋翼无人机10的电源为微型高光谱仪30供电，则微型高光谱仪30不再需要携带电池，可进一步减小微型高光谱仪30的体积以及四旋翼无人机10载荷。

[0035] 作为选择，本实施例的基于无人机平台的微型高光谱仪系统中，微型高光谱仪30还包括用于为微型高光谱仪30供电的电池组。

[0036] 作为选择，本实施例的基于无人机平台的微型高光谱仪系统中，移动终端为4G智能手机，该4G智能手机通过商用的4G网络与微型高光谱仪30建立连接并传输指令和数据。

[0037] 本实用新型使用最新的二维光谱传感器以及高性能处理器，结合对电路板的紧凑型设计，使得微型高光谱仪的体积大大减小，方便无人机携带，实现对高空待测物的光谱测量；并且使用4G无线通信技术，将采集的数据实时传输至移动终端，大大扩展了微型高光谱仪的应用场景。

[0038] 以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

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