无人机载短波红外光谱仪研制立项申请书

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1、科学仪器研制立项申请书项目名称：无人机机载短波红外光谱仪研制项目类别：项目负责人：申请人所在单位：起止时间： 申报日期：目录第一章 光学仪器项目总论 41.1、项目名称 41.2、研制人员及单位概况 41.2.1、研制人员概况 41.2.2、研制单位概况 41.3、拟建地点 41.4、项目建设内容与规模 51.5、投资概算 5第二章 项目建设的必要性 52.1、战略意义 52.2、国外光谱仪研究发展现状 52.3、国内光谱仪研究发展现状 62.4、无人机载光谱仪系统的优势 7第三章 市场需求分析及预测 73.1、项目经济环境分析 83.2、项目政策环境分析 83.2.1 经济环境分析 83.2

2、.2 本项目产品目标市场的相关政策 83.2.3 行业相关十二五规划情况 83.3、无人机载光谱仪产品行业市场分析 83.3.1 无人机载光谱仪产品行业发展现状 83.3.2 无人机载光谱仪产品市场规模分析 83.3.3 无人机载光谱仪产品市场前景预测 83.4、无人机载光谱仪产品目标市场分析 83.5、市场分析小结 8第四章 无人机载短波红外光谱仪产品特征 84.1、产品技术方案 84.1.1、仪器特性 94.1.2、仪器主要技术参数指标 94.1.3、仪器主要应用范围 104.2、产品生产工艺流程 104.3、测试设备研制及配备 104.4、数据处理系统软件开发 134.5、难点及创新点

3、13第五章 人力资源管理 135.1、组织架构 135.2、劳动定员 155.3、人员培训 15第六章 政府支持、管理和审批 156.1、政府的产业政策和投资方向对项目的影响： 156.2、政府对该项目可以提供的鼓励措施和支持： 156.3、该项目对行业发展的贡献： 156.4、该项目需经过的审批手续和时间。 15第七章 项目经费预算 157.1、研制项目总体经费预算 157.2、项目年度经费预算 167.3、项目的财务预测 167.4、影响效益的主要因素 17第八章 研制进度计划与时间安排 178.1、进行项目分解 178.2、里程碑事件 178.3、时间安排 178.4、经费安排 178.

4、5、人员安排 17第一章 光学仪器项目总论1.1、项目名称无人机载短波红外光谱仪是1.2、研制人员及单位概况1.2.1、研制人员概况1.2.2、研制单位概况研制单位具体情况介绍：A 单位：主要从单位概况、在无人机载光谱仪行业的地位，经验，经典案例入手。B 单位：典案例入手主要从单位概况、专业技术人员以及在无人机载光谱仪行业的地位，经验，经1.3、拟建地点1.4、项目建设内容与规模1.5、投资概算第二章 项目建设的必要性（阐明拟建项目提出的背景、拟建地点，提出或出具与项目有关的长远规划或行业、地区规 划资料，说明项目建设的必要性；对改扩建项目要说明现有企业的情况；对于引进技术和 设备的项目，还要

5、说明国内外技术的差距与概况以及进口的理由，工艺流程和生产条件的概女寸0）2.1、战略意义传感器及智能化仪器仪表产业是国民经济的基础性、战略性产业，是信息化和工业化深 度融合的源头，对促进工业转型升级、发展战略性新兴产业、推动现代国防建设、保障和提 高人民生活水平发挥着重要作用。在国防设施、重大工程和重要工业装备中，传感器、智能 化仪器仪表及其所构成的测控系统是必不可少的基础技术和装备核心，直接影响国防安全、 经济安全和社会安全。发达工业国家都把传感器及智能化仪器仪表技术列为国家发展战略。目前产业发展呈现 以下趋势：创新驱动发展，随着传感技术、数字技术、互联网技术和现场总线技术的快速发 展，采用

6、新材料、新机理、新技术的传感器与仪器仪表实现了高灵敏度、高适应性、高可靠 性，并向嵌入式、微型化、模块化、智能化、集成化、网络化方向发展。我国传感器及智能化仪器仪表产业经过多年发展，取得一批重要科技成果，初步形成了 比较完整的产业体系和技术创新体系。2011 年仪器仪表行业实现工业总产值6152亿元，进 口各类仪器仪表产品362亿美元，国内仪器仪表市场规模已经超过7000亿元。2.2、外光谱仪研究发展现状从20世纪70年代末至80年代初美国提出高（成像）光谱遥感概念模型,并着手研制高光谱 仪（成像光谱仪）以来,高光谱遥感技术研究不断发展。目前,世界上一些发达国家已经形成涵 盖不同空间尺度以及不

7、同光谱波段的立体网络化的高光谱遥感技术体系。美国以其雄厚的资 金与技术,一直引领着世界高（成像）光谱技术的发展,在各个领域均有所突破,美国拥有机载 成像光谱仪AV IR IS、Probe - 1、SEBASS等，在轨运行的E0 - 1卫星中的Hyperion，正在积 极研制的星载NEMO （CO IS）和发射失败的0rbView-4（Warfigher）的后续星等，已相继形成覆 盖不同光谱区域、不同高度的高（成像）光谱遥感技术网络体系，并促使高光谱遥感技术不断向工程化、系统化与产业化方向深入发展,以充分为美国的社会安全、资源探测与评估、环 境监测与治理等提供不同层次的高(成像)光谱数据与应用技

8、术。自80年代以来，美国已经研制了三代高光谱成像光谱仪。1983年，第一幅由航空成像光 谱仪(AIS-1)获取的高光谱分辨率图像的正式出现标志着第一代高光谱分辨率传感器面世。第一代成像光谱仪(AIS)，由美国国家航空和航天管理局(NASA)所属的喷气推进实 验室设计，共有两种，AIS-1 (1982年1985年，128波段)和AIS-2(1985年1987年，128波 段)，其光谱覆盖范围为1.22.4“m。1987年，由N ASA喷气推进实验室研制成功的航空可见光/红外光成像光谱仪(AVIRIS) 成为第二代高光谱成像仪的代表。与此同时，加拿大、澳大利亚、日本等国家竞相投入力量 研究成像光谱

9、仪。在AVIRIS之后，美国地球物理环境研究公司(GER)又研制了 1台64通道的高 光谱分辨率扫描仪(GERIS),主要用于环境监测和地质研究。其中63个通道为高光谱分辨率 扫描仪，第64通道是用来存储航空陀螺信息。第三代高光谱成像光谱仪为克里斯特里尔傅立叶变换高光谱成像仪(FTHSI)，其重量仅为 35kg，采用256通道，光谱范围为4001050nm,光谱分辨率为210nm,视场角为150。 而于1999年和2000年发射升空的中分辨率成像光谱仪(MODIS和Hyperion)都已经成为主 要的应用数据来源。美国的行星地球计划(MTPE)和地球观测系统(EOS)计划是全球性的，一直会延续

10、到 2014 年以后。这些计划的最终目的是评价各种地球系统过程，包括水文过程、生物地球化 学过程、大气过程及固体地球过程。成像光谱仪(星载)将成为这些计划实施中的关键仪器。 但是这种星载成像光谱仪仍会面临重大难题，如卫星飞行的高度和速度能引起从空间测量高 质量光谱的困难，为精确的测量光谱、辐射值及空间位置的定标需要新的处理方法和能力。 因此， AVIRIS 系统和其它航空成像光谱仪将会继续为科研与应用提供高质量的高光谱数据， 并用来验证第一代星载成像光谱仪的工作性能。对于现有的航空成像光谱仪技术系统亦需要 完善。例如，在传感器方面需要改善其获取数据的的性能，提高图像数据的信噪比，增强机 上实时

11、数据的处理能力；在数据分析处理方面，强调大气订正、信息提取技术，要求发展新 算法和完善已有的算法，并向构成标准化应用处理算法软件包(工具)方向努力，特别是发 展和完善那些针对高光谱海量数据和丰富光谱信息特点设计的算法和软件，以提高高光谱数 据处理效率以及分析、研究和应用水平。2.3、内光谱仪研究发展现状我国紧密跟踪国际光谱仪遥感技术的发展，并结合国内不断增长的应用需求，于20世纪 80年代中后期着手发展自己的高光谱成像系统。主要的成像光谱仪有中科院上海技术物理研 究所研制的推扫式成像光谱仪(PHI)系列、实用型模块化成像光谱仪(OMIS)系列、中科院长 春光机所研制的高分辨率成像光谱仪(C2H

12、R IS )和西安光机所研制的稳态大视场偏振干涉成 像光谱仪(SLP IIS)。中科院上海技术物理研究所研制的中分辨率成像光谱仪(CMOD IS)于2002年随“神舟” 三号发射升空，并成功获取航天高光谱影像，其获取影像从可见光到近红外共30波段，中红 外到远红外的4波段，空间分辨率为500m。2007年10月年发射的“嫦娥1号”卫星已携带中科院西安光机所研制的干涉成像光谱仪 升空，用于获取月球表面二维多光谱序列图像及可分辨地元光谱图，通过与其他仪器配合使 用对月球表面有用元素及物质类型的含量与分布进行分析，获得的数据用于编制各元素的月 面分布图。从2007年到2010年，我国将组建环境与灾害

13、监测预报小卫星星座，将携带超光谱成像仪， 采用0.450.95“m波段，平均光谱分辨率为5nm,地面分辨率为100m。我国在积极研制具有 自主知识产权的成像光谱仪的同时，在地物光谱数据技术、高光谱影像分析技术等方面的研 究中也取得了部分的成果。20世纪90年代初期，中科院安徽光机所、遥感所等单位对大量的典型地物进行了波谱采 集，建立了我国第一个综合性“地物波谱特性数据库”。1998 年，中国国土资源航空物探与遥感中心建立了“典型岩石矿物波谱数据库”，其 中包含了我国主要的典型岩石和矿物500余种。2000年，中国科学院遥感所基于GIS和网 络技术研制了典型地物波谱数据库及其管理系统，记录了 1

14、0000多条地物波谱，并能动态生 成相应的波谱曲线和遥感器模拟波段，实现了波谱数据库与“3S”技术的链接。2.4、无人机载光谱仪系统的优势无人机航空遥感技术作为一项空间数据获取的重要手段，具有续航时间长、影像实时传 输、高危地区探测、成本低、机动灵活等优点。相对于传统的卫星遥感和普通航空摄影成本 高、受天气等因素影响比较大，无人驾驶飞行器遥感系统的机动灵活和经济便捷是它的主要 优势。同时也是卫星遥感与有人机航空遥感的有力补充，在国外已得到广泛应用。进入二十一世纪以后,许多国家将无人机载光谱仪系统的研究、开发、应用置于优先发 展的地位,体积小、重量轻、探测精度高的新型传感器的不断问世,也使无人机

15、载光谱仪系统 的用途迅速拓展。系统技术优势(1) 机动快速的响应能力无人机系统运输便利、升空准备时间短、操作简单,可快速到达 监测区域,机载高精度遥感设备可以在短时间内快速获取遥感监测结果。(2) 性能优异无人机可按预定飞行航线自主飞行、拍摄,航线控制精度高,飞行姿态平稳。飞行高度从50m至4000m,高度控制精度10m;速度范围从70km/h至160km/h，均可平稳飞行， 适应不同的遥感任务。(3) 操作简单可靠飞行操作自动化、智能化程度高,操作简单,并有故障自动诊断及显示功 能,便于掌握和培训;一旦遥控失灵或其他故障,飞机自动返航到起飞点上空,盘旋等待。若故障 解除,则按地面人员控制继续

16、飞行,否则自动开伞回收。(4) 高分辨率遥感影像数据获取能力无人机搭载的高精度数码成像设备,具备面积覆盖、 垂直或倾斜成像的技术能力，获取图像的空间分辨率达到分米级，适于1 : 1万或更大比例尺 遥感应用的需求。(5) 使用成本低无人机系统的运营成本较低,飞行操作员的培训时间短,系统的存放、维护 简便,还可免去了调机和停机的费用。第三章 市场需求分析及预测说明：项目立项之前，政府决策者首先需要对产品市场发展前景进行了解，然后才能进行决 策，决定是否将项目立项，因此在项目可行性分析报告的市场分析中，要详细阐述产品市场 规模、发展趋势、需求预测等方面的内容，并确定建设规模。3.1、项目经济环境分析

17、3.2、项目政策环境分析3.2.1 经济环境分析3.2.2 本项目产品目标市场的相关政策3.2.3 行业相关十二五规划情况3.3、无人机载光谱仪产品行业市场分析3.3.1无人机载光谱仪产品行业发展现状3.3.2 无人机载光谱仪产品市场规模分析3.3.3无人机载光谱仪产品市场前景预测3.4、无人机载光谱仪产品目标市场分析3.5、市场分析小结第四章 无人机载短波红外光谱仪产品特征4.1、产品技术方案暂定使用名称：ZK-1光谱仪4.1.1、仪器特性ZK-1 光谱仪可以满足小型，质轻，坚固的要求，并可以部署在野外严酷的环境中。在一 系列的各种应用中，尤其是应用在无人机以及无人驾驶的汽车上，高光谱分辨率

18、，高空间分 辨率和高动态范围是其最主要的性能参数。成像光谱仪采用通光孔径为f/2.8的全反射同心光学设计，并在苛刻的环境中对图像做 了优化处理。基于GigE技术的机载高光谱成像系统。GigE（千兆以太网）技术是一种新兴的相 机接口标准技术。具有噪声低、量子效率高、分辨率高等性能特点。产品基于独创的色差校 正成像系统和原始的高效率全息衍射光栅设计，从而得到高信噪比和最高精确性的辐射度测 量结果。Micro-Hyperspec 在没有损失高光学性能的前提下对小尺寸的探测器做了最佳的组装。 并且可以根据用户具体的应用要求，有多种性能参数的型号可供选择。核心优势 超大视场角 超高信噪比 超低杂散光 坚

19、固的设计 小尺寸、小重量、低功耗 高性价比 杰出的成像性能 杰出的光谱/空间分辨率 测量数据存储为 BIL 格式，与大多数高光谱图像数据处理软件兼容。4.1.2、仪器主要技术参数指标ZK-1 光谱仪主要技术参数列于下表：指标参数指标参数光谱范围400-2500 nm功耗6-VDC / 8 Watts光谱分辨率7nm像元尺寸7.4Am x 7.4刚光谱波段数120接口GigE像元数1004*1004数字光圈：F/#F/2.8探测器类型256像元InGaAs焦平面分光计类型光纤扫描速度90行/秒狭缝宽度20,50,100 Am数字分辨率16-bit狭缝长度9.8 mm镜头接口C-Mount操作温度

20、-10 C - +50 C镜头焦距12mm、 17mm、 23mm、35mm和70mm可选尺寸重量8 *6 *3V3lbs4.1.3、仪器主要应用范围 海岸线与海洋环境监测； 草场生产力； 湖泊与流域环境监测； 遥感教学与科研； 精准农业、农作物长势与产量评估 气象研究； 地质与矿产资源勘察； 森林病虫害监测与防火监测； 生态环境保护及矿山环境监控； 草场监测； 土壤监测； 军事、国防和国土安全； 电子学和塑胶 晶片检查 化学过程控制4.2、产品生产工艺流程售后批量生产和销主产准备样机验证尘批量生产准董A设计正确性 的初步验证场地调整、 人员组织、 设备安排、 进度组织客户走访 仪器维修 过程

21、控制、 客户意见跟 踪工艺设”“ -计、iltrV-工艺规划性分析、捲施蹲实一设计、工艺 优化、成本 控制、质量 保障鑑机生产装配调试一4.3、测试设备研制及配备（1）无人机选择 气动布局合理、性能稳定的无人驾驶飞行平台是光谱仪测试的基本保障。 无人机主要采用玻璃钢和碳纤维复合材料加工而成,重量轻、强度大。机身为车厢形式, 有较大的容积范围,便于设备的安装及使用维护,无人机的任务载荷和任务设备仓的尺寸根据 遥感设备及其控制系统的重量和尺寸设定。无人机的后端安装有性能稳定的航空发动机和推 力螺旋桨为动力装置。无人机的起降可以采用正常的滑行方式,同时还开发了性能先进的车 载起飞、伞降回收机构,以适

22、应不同地区和不同遥感任务的使用。测试拟选择中国科学院遥感应用研究所-国遥万维一Quickeye （快眼）系列无人机为飞行 平台。Quickeye （快眼）系列无人机主要硬件参数:项冃快晅-TT快眼-m快眼-IV吒动外形前拉式/后推式拉进式前拉屁推武机桧L站2.312. Gm2.3 m3 m机翼血积0一9平方米1 一 0平方米L. 1平方老机高SODoufi490miL （0度停机角时4S0nmj載荷仓容积圧&平方分来18 Jf7.8升空重10公斤6kg8kg适用相机EOS 5D 厦 I：EOS 5D以上EOS 450D 或 EO(S aD毎大撫轴储量她升9 JI8,4升最犬起飞堇量14kg26

23、kg38kg最大E务較荷2. 5kgL2kgQuickeye （快眼）系列无人机主要作业参数:鑿数快醍-U快胆-m快眼-W址大空速140公里小时1丘0公里小时135益里/小时最大飞行肓度海拔3500米海拔帖加来海拔5D00术最大海平面爬升速翠5来/秒精栽时5米/秒満報时5.5.秒就程1应公里4QQ公号250公里燃油消耗率22宅升/分钟2 2升/小时4, 5丹小时发动机進就转連5500-6000 荐/井钟5800-6000 转-分钟6000-6500转抄钟发动机豪高转速钟宪00转廿钟7200转/分钟巡航空連97公黑小时120艺里/小时110公里小时最大过裁3.时44（；5G航时L8小时3-4小时

24、2-3幽时标准作业航裡110公里250 里180公里邂航扰风能力13米/秒15粉秒1喙秒起降抗凤能力5级5皺E级控制半桎100200200仝里2）飞行控制系统飞行控制系统完成无人机的飞行控制与飞行管理。飞行控制系统用于无人机的飞行控制 与任务设备管理,包括传感器、执行机构和飞行控制计算机三个部份（如图2 所示）。由姿态陀 螺、气压高度表、磁航向传感器、GPS导航定位装置、飞控计算机、执行机构、电源管理系 统等组成,可实现对飞机姿态、高度、速度、航向、航线的精确控制,具有遥控、程控和自主 飞行三种飞行模态。在这个系统中,飞控计算机通过串行数据通讯接口接收高度/空速、三轴 地磁向强度、GPS卫星信

25、息等传感器数据。通过模拟输入采集俯仰/横滚姿态角、三轴角 速率等传感器模拟信号,根据这些信息,实时解算各飞行参数。本项目拟采用中国科学院遥感应用研究所自主研发的微型无人机控制系统 NCG-1 型 无人机飞控系统。该系统包含：机载飞控、地面站、通讯设备。可以控制各种布局的无人驾驶飞机，使用简单方便，控制精度高,GPS导航自动飞行功 能强，并且有各种任务接口，方便用户使用各种任务设备。起飞后即可立即关闭遥控器进入 自动导航方式，在地面站上可以随意设置飞行路线和航点，支持飞行中实时修改飞行航点和 更改飞行目标点。该系统有以下特点：1）、自稳能力：在各种气象条件及外界不可预测影响下，智能测算无人机的各

26、项指标参数，自动控制无 人机的飞行姿态的稳定，确保无人机正常飞行；2）、自航能力：在保持无人机飞行稳定的前提下，采用各种导航手段，控制无人机按照预先设定的航迹 飞行，执行相应航线任务；3）、状态监控与测控接口：作为整个无人机系统的控制核心，飞行控制计算机系统实时监控无人机各模块状态，并 通过高速接口与地面站实时进行指令和数据的交换。（3）机载稳定平台机载稳定平台的主要功能是用于遥感设备的稳定和偏流角的修正,以确保获得高质量的 遥感影像。稳定平台设计了三轴和单轴两种:三轴稳定平台可以使传感器保持水平稳定并修 正偏流角,由平台、电机、陀螺仪、水平传感器、舵机、控制电路等组成;单轴稳定平台只修 正偏

27、流角,由平台、电机和控制电路组成。两种稳定平台可以根据不同精度的遥感监测任务 选用。任务设备控制计算机能根据无人机的位置、地速、高度、航向、姿态角以及设定的航 摄比例尺和重叠度等数据,自动计算并控制相机的曝光间隔和稳定平台的偏流角修正,具有程 控和遥控两种控制方式。（4）无线电遥测设备无线电遥测系统是传送无人机和遥感设备的状态参数,可实现飞机姿态、高度、速度、 航向、方位、距离及机上电源的测量和实时显示,具有数据和图形两种显示功能。供地面人 员掌握无人机和遥感设备的有关信息,并存贮所有传送信息,以便随时调用复查。无线电遥控 系统是用于传输地面操纵人员的指令,引导无人机按地面人员的旨意飞行。4.

28、4、数据处理系统软件开发4.5、难点及创新点第五章 人力资源管理5.1、组织架构本项目由项目实施单位整体承建，A、B等单位提供技术支撑。为保障本项目的顺利实施，拟组建无人机载短波红外光谱仪研制项目部，该项目部的组织结构如下：硬件工作组软件工作组数据与标准工作组测试工作组项目实施管理组织构架图 各机构职责及分工如下：项目负责人：项目部由项目单位领导直接领导，形成项目领导小组，负责组织提供建设 所需的各种资源；审核批准项目的总体方案，工程实施计划；负责项目实施过程中的重大事 件的决策；根据项目过程中的进度、质量、技术、资源、风险等实行总体监控；协调涉及与 项目建设有关的各方面工作关系。项目专家组：

29、由项目单位总工程师牵头形成项目专家组，为项目的实施提供技术、市场等方面的咨询；为项目实施协调各方面的社会资源；为项目领导组的决策提供建议。项目业务组：硬件工作组：着重解决以下问题：a. 成像仪覆盖的光谱范围包括VIS,VNIR, Extended VNIR,SWIRb. 嵌入GPS的惯性制导单元(IMU)c. 基于PC104标准的仪器控制和同步的机载处理单元d. 用于图像和相关数据存储的固态硬盘软件工作组：数据集标准组测试工作组：5.2、劳动定员 5.3、人员培训第六章 政府支持、管理和审批6.1、政府的产业政策和投资方向对项目的影响6.2、政府对该项目可以提供的鼓励措施和支持6.3、该项目对

30、行业发展的贡献：6.4、该项目需经过的审批手续和时间。第七章 项目经费预算7.1、研制项目总体经费预算单位：万元(保留两位小数)序 号预算科目名称合计专项经费自筹经费1一、经费支出21.设备费3(1)购置设备费4(2)试制设备费5(3)设备改造与租赁费62材料费(含办公费)73测试化验加工费84燃料动力费95差旅费106会议费117国际合作与交流费128出版/文献/信息传播/知识产权事务费139劳务费1410.专家咨询费1511.间接费用1612.1713.18二、经费来源191申请从专项经费获得的资助/202自筹经费来源/21(1)其他财政拨款/22(2 )单位自有货币资金/23(3)其他资

31、金/7.2、项目年度经费预算7.3、项目的财务预测就生产、销售、资本和负债、利润、资金流动、效益的回报进行预测。7.4、影响效益的主要因素第八章 研制进度计划与时间安排说明：项目建设时间是指从正式确定建设项目，到项目运营生产这段时间，包括项目前期准 备工作、资金筹措、研制设计和测试验收等各工作阶段，各阶段工作紧密衔接、交叉进行 因此，在项目可行性分析报告中，需对项目实施进度进行统一规划、科学安排。8.1、进行项目分解就项目的实际情况将项目分解成几个比较小的模块。8.2、里程碑事件列出该项目可能经过的几个里程碑情况。8.3、时间安排就项目的具体时间安排进行分配。8.4、经费安排就项目的每个周期以及分解情况进行经费的分配8.5、人员安排在各个项目模块以及时间段的人员安排情况。