一种配备双光谱仪的现场无人机系统（FUAS），用于测量双向反射分布函数（BRDF）

《International Journal of Remote Sensing》：A field UAV system (FUAS) with dual spectrometers for BRDF measurement

本研究提出一种配备双光谱仪的Field UAV System（FUAS），通过无人机与地面光谱仪协同采集太阳直射与散射光的多角度光谱数据，结合数据筛选、几何校正、光谱修正等预处理步骤，采用RTLSR模型基于贝叶斯反演计算目标与太阳散射的BRDF参数，验证精度达RRMSE<5%，不确定度<1%。对比MODIS BRDF产品发现相对偏差约5%，证实该模型能有效表征地表双向反射特性，为精准农田校准和环境监测提供新方法。

　　

摘要

本文介绍了一种配备双光谱仪的现场无人机系统（FUAS），用于测量双向反射分布函数（BRDF）。该系统包括无人机（UAV）光谱仪测量系统、地面光谱仪测量系统、太阳光度计以及全天空成像仪。无人机用于获取半球空间内的多角度场光谱数据；而地面光谱仪则用于测量太阳漫射体，持续记录场内漫射光和光照的变化。通过数据筛选、几何校准、光谱校正、漫射光校正及模型拟合等一系列数据处理过程，结合目标物体与具有相同太阳几何条件的太阳漫射体的辐射数据，计算出场内的双向反射率（BRF）。利用贝叶斯反演方法，基于Gould场区域的无人机测量多角度反射数据，采用RossThick-LiSparse Reciprocal（RTLSR）模型进行拟合，结果表明该模型在表征BRDF特征方面具有较高的模拟精度（相对均方根误差<5%，不确定性<1%）。将基于模型参数计算出的BRF与MODIS BRDF产品的结果进行比较，在MODIS的七个波段中，两者之间的相对偏差保持在约5%以内，这表明基于FUAS收集的BRDF数据构建的模型能够很好地描述校准点的方向反射特性。该系统在未来的精确场校准和环境监测应用中展现出巨大潜力。