CN112577595B - 立体光强传感系统、立体传感方法及无人机光强传感器 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量技术领域，公开了一种立体光强传感系统、立体光强传感方法及无人机光强传感器，立体光强传感系统包括：分设于一个立方体前后左右和顶部5个平面上的立体传感器以及倾斜校正模块。本发明公开了的立体光强传感系统可以搭载到无人机遥感平台上，在运动状态下实时测量出太阳辐射中的散射和直射辐射强度，并对直射辐射部分进行倾斜校正。本发明的立体光强传感系统不会受无人机飞行方向的限制，而且即使在太阳高度非常低的情况下，如在早上、傍晚或在高纬度地区，仍然可以测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据。测量结果可以用于无人机搭载的多光谱传感器的精确辐射校正。

Description

立体光强传感系统、立体传感方法及无人机光强传感器

技术领域

本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种立体光强传感系统、立体传感方法及无人机光强传感器。

背景技术

由于无人机搭载的多光谱相机在拍摄过程中，易受光照条件变化的影响，通过在无人机上搭载一个光强传感器，即可记录拍照时的各个波段的光照状况，以方便对图像进行辐射校正处理。

无人机光强传感器都是分布在一个平面上，例如RedEdge-M或RedEdge-MX无人机搭载的DLS或DLS2光强传感器，以及精灵4多光谱无人机顶部集成的光强传感器等，它们只能测量各个波段的总的太阳辐射强度值，而无法区分太阳辐射中的散射和直射部分。由于直射辐射会受入射方向的影响，而散射辐射不受入射方向的影响，所以为了提供更加精确和可靠的太阳辐射总量，需要分别得到直射和散射部分的测量结果。

由于现有的光强传感器都是一个平面上，其缺陷在于：现有无人机光强传感器只有在太阳辐射方向垂直于光强传感器平面时，才能得到较为可靠的测量结果。一旦太阳辐射的入射方向与光强传感器平面不垂直，或者受飞机姿态发射倾斜的影响，就会使其测量结果不准确，尤其是在太阳入射角较大的情况下，如在早上、傍晚或者在高纬度地区，其入射角会非常大，即使进行倾斜校正后其结果也是不可靠的(因为只有直射辐射需要进行倾斜校正)。此外，现有无人机光强传感器无法测量出太阳直射和散射，如果将直接得到的测量值看作是太阳辐射值是不合理的，这是因为：在晴天的情况下可见光和近红外波段的直射约占85％，在阴天的情况下直射几乎为零，其变化幅度是很大的；直射具有方向性，需要进行倾斜校正处理，散射是没有方向的，不需要倾斜校正。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有无人机光强传感器只接收一个平面上太阳辐射，并且不能将太阳直射和散射分开；现有无人机光强传感器的测量结果是不准确的，因为在对测量结果进行倾斜校正时，只需要对直射辐射进行倾斜校正，而散射部分是不需要进行校正的；现有无人机光强传感器，只有在太阳入射角较小的情况下，得到太阳辐射的近似值，无法在入射角较大的情况下得到准确的太阳辐射值。

解决以上问题及缺陷的难度为：需要发明一种可以直接测量出直射和散射辐射强度的装置和方法，通过该装置和方法，可直接在无人机平台运动状态下，实时测出太阳直射和散射的辐射强度；即使在太阳入射角较大的情况下，仍然可以得到准确的太阳辐射强度测量结果，从而为传感器的辐射校正提供可靠的数据。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明通过在一个立方体前后左右和顶部5个平面上(底部的平面用于将该设备固定在无人机平台上)，各安装一个光强传感器，而构成一个立体光强传感器。由于太阳直射最多可以照射到其中的3个平面上，所以至少有2个平面处于阴影中。在阴影中接收的太阳辐射为散射，可取5个辐射值中的最小值作为散射的测量值，其中的最大值(即直射入射角最小的那个)减去最小值，即为直射辐射的直接测量值，然后需要对其进行倾斜修正，即可得到实际的太阳直射辐射强度值。本发明的意义在于：通过本发明的装置和方法，可以将太阳直射辐射和散射辐射区分开；在对直射辐射进行倾斜校正时，对直射入射角最小的那个测量结果(对应着最大值所在的平面)进行校正的，得到的结果会更加准确；此外，利用该装置和方法进行辐射测量不会受无人机姿态或飞行方向的限制，而且即使在太阳高度非常低的情况下，如在早上、傍晚或在高纬度地区，仍然可以以较小的入射角辐射到立体光强传感器的侧面，从而得到更加准确的太阳辐射测量结果。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种立体光强传感系统、立体传感方法及无人机光强传感器。

本发明是这样实现的，一种立体光强传感方法，所述立体光强传感方法包括：

利用分设于一个立方体前后左右和顶部多个平面上的立体传感器，测量各个平面的太阳辐射强度数据；

利用多个光强传感器测量太阳辐射值，计算太阳散射和直射辐射强度；

对传感器测量的直射辐射数据进行倾斜校正，并得出太阳总辐射强度值。

进一步，所述利用分设于一个立方体前后左右和顶部多个平面上的立体传感器，测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据包括：

利用5个光强传感器测量太阳辐射值E_front,E_back,E_left,E_right,E_top，取其中的最小值E_min作为散射测量值E_dif；

利用5个光强传感器测量太阳辐射值E_front,E_back,E_left,E_right,E_top，测量得到的所有辐射值中的最大值E_max减去散射测量值E_dif，即为直接测量的直射辐射值E_dir0，并对该结果进行倾斜校正，得到实际的直射辐射值；具体计算公式如下：

E_min＝min(E_front,E_back,E_left,E_right,E_top)；

E_max＝max(E_front,E_back,E_left,E_right,E_top)；

E_dif＝E_min；

E_dir0＝E_max-E_dif。

进一步，所述对传感器直接测量的直射辐射值进行倾斜校正包括：

利用下式进行倾斜校正：E_dir＝E_dir0/cos(z)，其中E_dir为实际的太阳直射辐射值，E_dir0表示直接测量的直射辐射值，z表示太阳直射辐射在最大值E_max所在的光强传感器平面上的入射角；入射角z利用数据获取的时间、日期、无人机的姿态和所在经纬度信息计算出来。

进一步，所述太阳直射辐射在坡面上的入射角z的求解方法包括：

第一步，计算太阳直射辐射在顶面的坡面上的入射角z_top；具体计算方法如公式(1)所示；

其中，θ为太阳天顶角；s为坡度；φ太阳方位角；a为坡向，坡度s通过Z轴的方向向量v_top(v_top＝(0,0,1)^T)与斜面的法线向量v_n的夹角余弦计算出来，v_n＝R(0,0,1)^T，其中R为无人机的旋转矩阵，坡向a通过各个平面的法线在该平面上的投影确定，而太阳天顶角θ通过公式(2)计算出来；

cos(θ)＝sin(ψ)sin(δ)+cos(ψ)cos(δ)cos(H) (2)

其中，θ为太阳天顶角；ψ为某一点的纬度；δ为太阳赤纬，δ＝-23.45°·π/180°*cos(2π/365*(N+10))，N为某日期在一年中的天数；H为时角，上午为负值，中午为0，下午为正值；H通过公式(3)计算出来，

H＝π/12(T_solar-12) (3)

其中，T_solar为地方太阳时，是根据太阳的具体位置所确定的时刻，与地方标准时间T_Lst的关系为：T_solar＝T_Lst±12/π(LON_st-LON_loc)+E，LON_st为制定标准时间所采用的标准经度，LON_loc为某一点的经度，公式中的±，在东半球取负号，西半球取正号，E为地球绕太阳公转时的进动和转速变化对地方太阳时的修正，E＝[9.87sin(2B)-7.53cos(B)-1.5sin(B)]/60，其中，公式中的B＝2π(N-81)/364；而太阳方位角φ可以通过公式组(4)计算：

太阳直射辐射在顶部平面坡面的入射角z通过公式(5)表示出来；

第二步，如果最大值E_max所在的平面即为顶部平面，那么太阳直射辐射在坡面的入射角z即为z_top；如果最大值E_max所在的平面为E_front,E_back,E_left,E_right中的任意一个，那么太阳直射辐射在坡面的入射角z，还需要利用z_top、太阳方位角φ和坡向a进一步求解。

进一步，所述第二步中，所述利用z_top、太阳方位角φ和坡向a进一步求解对的方法包括：

步骤1，计算出太阳直射入射方向在立方体所在的相对坐标系下的方向向量v_i，其计算公式可以通过公式(6)表示出来；

步骤2，根据最大值E_max所在平面的法线的方向向量(前、后、左、右的法线向量分别为v_front＝(0,1,0)^T、v_back＝(0,-1,0)^T、v_left＝(-1,0,0)^T、v_right＝(1,0,0)^T)计算其夹角余弦，从而得到最大值E_max所在平面上的入射角z。

进一步，所述太阳总辐射强度值包括：

E_sun＝E_dir+E_dif，其中E_sun表示太阳总辐射强度值，E_dir为实际的太阳直射辐射强度值，E_dif为散射辐射强度值。

本发明的另一目的在于提供一种立体光强传感系统，所述立体光强传感系统包括：分设于一个立方体前后左右和顶部多个平面上的立体传感器(底部的平面用于将该设备固定在无人机平台上)以及倾斜校正模块；

立体传感器，用于测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据；

倾斜校正模块，用于对传感器测量的直射辐射数据进行倾斜校正。

进一步，所述光强传感器分别位于一个立方体的前后左右和顶部5个平面上。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

利用分设于一个立方体前后左右和顶部5个平面上的立体传感器，测量各个波段的太阳辐射值；

检测5个传感器各波段测量值中的最小值E_min和最大值E_max；

最小值E_min即为散射测量值E_dif，E_max减去E_dif即为直射辐射的直接测量值E_dir0；

根据图像记录的时间、日期、姿态角和经纬度信息，计算最大值E_max所在平面上的入射角z；

对直射辐射的直接测量值E_dir0进行倾斜校正，即可得到实际的太阳直射辐射E_dir，实际的太阳直射辐射E_dir加上散射测量值E_dif即为太阳总辐射值E_sun。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述立体光强传感方法的光强传感器，所示光强传感器包括：

一个立方体前后左右和顶部5个平面上的立体传感器以及倾斜校正模块；

立体传感器，用于测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据；

倾斜校正模块，用于对传感器测量的直射辐射强度数据进行倾斜校正。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明提供的立体光强传感系统包括：分设于一个立方体前后左右和顶部5个平面上的立体传感器(底部的平面用于将该设备固定在无人机平台上)以及倾斜校正模块；所述立体传感器，用于测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据；所述倾斜校正模块，用于对传感器测量的直射辐射强度数据进行倾斜校正。本发明公开了的立体光强传感系统可以搭载到无人机遥感平台上，在运动状态下实时测量出太阳辐射中的散射和直射辐射强度，并对直射辐射部分进行倾斜校正。本发明的立体光强传感系统不会受无人机飞行方向的限制，而且即使在太阳高度非常低的情况下，如在早上、傍晚或在高纬度地区，仍然可以测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据。测量结果可以用于无人机搭载的多光谱传感器的精确辐射校正。

相比于现有技术，本发明的优点进一步包括：

(1)可以把太阳辐射中的直射辐射和散射辐射部分区分开；

(2)对太阳辐射中的直射辐射进行倾斜校正，得到的太阳辐射结果更加准确；

(3)辐射测量不会受无人机姿态或飞行方向的限制；

(4)即使在太阳高度非常低的情况下，仍然可以得到准确的太阳辐射强度测量结果。

为了展示本发明的实际效果，而将大疆多光谱无人机光强传感器与本发明的光强传感器测量的某一时刻的太阳总辐射结果对比，如下表所示：

波段	大疆光强传感器	本发明的光强传感器
			蓝	2743	3547
绿	3541	4580
			红	4369	5651
红边	4839	6258
			近红外	4173	5397

此外，通过将本发明的方法用于图像辐射校正，得到的结果与大疆精灵4多光谱无人机光强传感器的结果对比技术效果，如图3所示。

其中，图3(a)利用大疆精灵4多光谱无人机光强传感器辐射值进行辐射校正的结果图。

图3(b)利用本发明的方法对精灵4多光谱无人机图像进行辐射校正的结果图。

该多光谱图像为2020年5月23日16：40获取的，此时太阳入射角较大，而且当天的天气状况为多云，在图像获取时太阳辐射强度不稳定。

通过图3可以看出，利用本发明的方法可以消除大疆无人机多光谱图像中存在的亮度差异，该图像亮度差异是由辐射测量结果不准确导致的(一方面是由于航拍时太阳辐射强度不稳定；另一方面由于太阳入射角过大，且直射和散射没有区分)。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的立体光强传感系统结构示意图；

图1中：1、立方体平面；2、立体传感器。

图2是本发明实施例提供的立体光强传感方法流程图。

图3是本发明实施例提供的得到的结果与大疆精灵4多光谱无人机光强传感器的结果对比技术效果图。

其中，图3(a)利用大疆精灵4多光谱无人机光强传感器辐射值进行辐射校正的结果图。

图3(b)利用本发明的方法对精灵4多光谱无人机图像进行辐射校正的结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种立体光强传感系统及立体传感方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的立体光强传感系统包括：

分设于无人机5个立方体平面1上的立体传感器2以及倾斜校正模块；

所述立体传感器2，用于测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据；

所述倾斜校正模块，用于对传感器直射辐射测量值进行倾斜校正。

该模块是结合5个传感器记录的数据和数据获取时间、日期、无人机的姿态和所在经纬度信息实现的。

如图2所示，本发明实施例提供的立体光强传感方法包括：

S101，利用分设于一个立方体前后左右和顶部5个平面上的立体传感器，测量各个波段的太阳辐射强度值；

S102，检测5个传感器各波段测量值中的最小值E_min和最大值E_max；

S103，最小值E_min即为散射测量值E_dif，E_max减去E_dif即为直射辐射的直接测量值E_dir0；

S104，根据图像记录的时间、日期、姿态角和经纬度信息，计算最大值E_max所在平面的入射角z；

S105，对直射辐射的直接测量值E_dir0进行倾斜校正，即可得到实际的太阳直射辐射E_dir，实际的太阳直射辐射E_dir加上散射测量值E_dif即为太阳总辐射值E_sun。

步骤S101中，所述利用分设于一个立方体前后左右和顶部5个平面上的立体传感器，测量各个波段的太阳辐射强度值，包括斜面上的直射辐射强度值和散射辐射强度值。

步骤S104中，所述太阳直射辐射在坡面上的入射角z的求解方法包括：

第一步，计算太阳直射辐射在顶面的坡面上的入射角z_top；具体计算方法如公式(1)所示；

其中，θ为太阳天顶角；s为坡度；φ太阳方位角；a为坡向，坡度s通过Z轴的方向向量v_top(v_top＝(0,0,1)^T)与斜面的法线向量v_n的夹角余弦计算出来，v_n＝R(0,0,1)^T，其中R为无人机的旋转矩阵，坡向a通过各个平面的法线在该平面上的投影确定，而太阳天顶角θ通过公式(2)计算出来；

cos(θ)＝sin(ψ)sin(δ)+cos(ψ)cos(δ)cos(H) (2)

其中，θ为太阳天顶角；ψ为某一点的纬度；δ为太阳赤纬，δ＝-23.45°·π/180°*cos(2π/365*(N+10))，N为某日期在一年中的天数；H为时角，上午为负值，中午为0，下午为正值；H通过公式(3)计算出来，

H＝π/12(T_solar-12) (3)

其中，T_solar为地方太阳时，是根据太阳的具体位置所确定的时刻，与地方标准时间T_Lst的关系为：T_solar＝T_Lst±12/π(LON_st-LON_loc)+E，LON_st为制定标准时间所采用的标准经度，LON_loc为某一点的经度，公式中的±，在东半球取负号，西半球取正号，E为地球绕太阳公转时的进动和转速变化对地方太阳时的修正，E＝[9.87sin(2B)-7.53cos(B)-1.5sin(B)]/60，其中，公式中的B＝2π(N-81)/364；而太阳方位角φ可以通过公式组(4)计算：

太阳直射辐射在顶部平面坡面的入射角z通过公式(5)表示出来；

第二步，如果最大值E_max所在的平面即为顶部平面，那么太阳直射辐射在坡面的入射角z即为z_top；如果最大值E_max所在的平面为E_front,E_back,E_left,E_right中的任意一个，那么太阳直射辐射在坡面的入射角z，还需要利用z_top、太阳方位角φ和坡向a进一步求解。

所述第二步中，所述利用z_top、太阳方位角φ和坡向a进一步求解对的方法包括：

步骤1，计算出太阳直射入射方向在立方体所在的相对坐标系下的方向向量v_i，其计算公式可以通过公式(6)表示出来；

步骤2，根据最大值E_max所在平面的法线的方向向量(前、后、左、右的法线向量分别为v_front＝(0,1,0)^T、v_back＝(0,-1,0)^T、v_left＝(-1,0,0)^T、v_right＝(1,0,0)^T)计算其夹角余弦，从而得到最大值E_max所在平面上的入射角z。

步骤S105中，所述太阳总辐射值包括经过倾斜校正后的直射辐射强度值和散射辐射强度值。所述太阳总辐射强度值包括：

E_sun＝E_dir+E_dif，其中E_sun表示太阳总辐射强度值，E_dir为实际的太阳直射辐射强度值，E_dif为散射辐射强度值。

本发明还提供一种实施所述立体光强传感方法的光强传感器，所示光强传感器包括：

一个立方体前后左右和顶部5个平面上的立体传感器以及倾斜校正模块；

立体传感器，用于测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据；

倾斜校正模块，用于对传感器测量的直射辐射强度数据进行倾斜校正。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例：利用光强传感器进行辐射校正的方法

对地球表面的大多数覆盖物来说，由于其表面相对较为粗糙，所以其方向性并不是特别显著，如果观测方向近似从其正上方垂直向下观测(如卫星或无人机传感器的观测方式)，可忽略观测方向引起的反射率差异，即认为地表是各向同性的，以简化对反射率的描述，从而可以近似地将地表反射率ρ仅看作是波长λ的函数，即

辐照度E与辐亮度L的关系为：

其中θ为入射角，φ为方位角。地表反射率

其中E_r(λ)为传感器记录的各个波段地表辐照度(E_r(λ)＝πL_r(λ))，而辐亮度L_r(λ)可以通过公式L_r(λ)＝gain_λ*DN_λ+bias_λ计算出来，E_{sun_flat}(λ)为光强传感器平面与地面保持平行时的太阳辐照度。通过光强传感器测量得到的散射为E_dif(λ)、直射为E_dir(λ)，那么E_sun(λ)＝E_dif(λ)+E_dir(λ)，其中直射E_dir(λ)会受入射方向的影响，所以需要考虑入射方向相对于地面不垂直时的影响，即E_{sun_flat}(λ)＝E_dif(λ)+E_dir(λ)cosθ，其中θ为太阳天顶角。

通过将本发明的方法用于图像辐射校正，得到的结果与大疆精灵4多光谱无人机光强传感器的结果对比技术效果，如图3所示。

其中，图3(a)利用大疆精灵4多光谱无人机光强传感器辐射值进行辐射校正的结果图。

图3(b)利用本发明的方法对精灵4多光谱无人机图像进行辐射校正的结果图。

该多光谱图像为2020年5月23日16：40获取的，此时太阳入射角较大，而且当天的天气状况为多云，在图像获取时太阳辐射强度不稳定。

通过上图3可以看出，利用本发明的方法可以消除大疆无人机多光谱图像中存在的亮度差异，该图像亮度差异是由辐射测量结果不准确导致的(一方面是由于航拍时太阳辐射强度不稳定；另一方面由于太阳入射角过大，且直射和散射没有区分)。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种立体光强传感方法，其特征在于，所述立体光强传感方法包括：

利用分设于一个立方体前后左右和顶部多个平面上的立体传感器，测量各个平面的太阳辐射强度数据；

利用多个光强传感器测量太阳辐射值，计算太阳散射和直射辐射强度；

对传感器测量的直射辐射数据进行倾斜校正，并得出太阳总辐射强度值；

所述利用分设于一个立方体前后左右和顶部多个平面上的立体传感器，测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据包括：

利用5个光强传感器测量太阳辐射值E_front,E_back,E_left,E_right,E_top，取其中的最小值E_min作为散射测量值E_dif；

利用5个光强传感器测量太阳辐射值E_front,E_back,E_left,E_right,E_top，测量得到的所有辐射值中的最大值E_max减去散射测量值E_dif，即为直接测量的直射辐射值E_dir0，并对该结果进行倾斜校正，得到实际的直射辐射值；具体计算公式如下：

E_min＝min(E_front,E_back,E_left,E_right,E_top)；

E_max＝max(E_front,E_back,E_left,E_right,E_top)；

E_dif＝E_min；

E_dir0＝E_max-E_dif；

所述对传感器直接测量的直射辐射值进行倾斜校正包括：

利用下式进行倾斜校正：E_dir＝E_dir0/cos(z)，其中E_dir为实际的太阳直射辐射值，E_dir0表示直接测量的直射辐射值，z表示太阳直射辐射在最大值E_max所在的光强传感器平面上的入射角；入射角z利用数据获取的时间、日期、无人机的姿态和所在经纬度信息计算出来；

基于所述立体光强传感方法的所述立体光强传感系统包括：分设于一个立方体前后左右和顶部多个平面上的立体传感器以及倾斜校正模块；

立体传感器，用于测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据；

倾斜校正模块，用于对传感器测量的直射辐射数据进行倾斜校正；

所述光强传感器分别位于一个立方体的前后左右和顶部5个平面上。

2.如权利要求1所述立体光强传感方法，其特征在于，所述太阳直射辐射在坡面上的入射角z的求解方法包括：

第一步，计算太阳直射辐射在顶面的坡面上的入射角z_top；具体计算方法如公式(1)所示；

其中，θ为太阳天顶角；s为坡度；φ太阳方位角；a为坡向，坡度s通过Z轴的方向向量v_top(v_top＝(0,0,1)^T)与斜面的法线向量v_n的夹角余弦计算获得；v_n＝R(0,0,1)^T，其中R为无人机的旋转矩阵，坡向a通过各个平面的法线在该平面上的投影确定，太阳天顶角θ通过公式(2)计算获得；

cos(θ)＝sin(ψ)sin(δ)+cos(ψ)cos(δ)cos(H) (2)

其中，θ为太阳天顶角；ψ为某一点的纬度；δ为太阳赤纬，δ＝-23.45°·π/180°*cos(2π/365*(N+10))，N为某日期在一年中的天数；H为时角，上午为负值，中午为0，下午为正值；H通过公式(3)计算获得；

H＝π/12(T_solar-12) (3)其中，T_solar为地方太阳时，根据太阳的具体位置所确定的时刻，与地方标准时间T_Lst的关系为：T_solar＝T_Lst±12/π(LON_st-LON_loc)+E，LON_st为制定标准时间所采用的标准经度，LON_loc为某一点的经度，公式中的±，在东半球取负号，西半球取正号，E为地球绕太阳公转时的进动和转速变化对地方太阳时的修正；E＝[9.87sin(2B)-7.53cos(B)-1.5sin(B)]/60，其中，公式中的B＝2π(N-81)/364；而太阳方位角φ可以通过公式组(4)计算：

太阳直射辐射在顶部平面坡面的入射角z通过公式(5)表示；

第二步，如果最大值E_max所在的平面即为顶部平面，那么太阳直射辐射在坡面的入射角z即为z_top；如果最大值E_max所在的平面为E_front,E_back,E_left,E_right中的任意一个，那么太阳直射辐射在坡面的入射角z，还需要利用z_top、太阳方位角φ和坡向a进一步求解。

3.如权利要求2所述立体光强传感方法，其特征在于，所述第二步中，所述利用z_top、太阳方位角φ和坡向a进一步求解对的方法包括：

步骤1，计算出太阳直射入射方向在立方体所在的相对坐标系下的方向向量v_i，其计算公式可以通过公式(6)表示出来；

步骤2，根据最大值E_max所在平面的法线的方向向量计算夹角余弦，从而得到最大值E_max所在平面上的入射角z，其中，前、后、左、右的法线向量分别为v_front＝(0,1,0)^T、v_back＝(0,-1,0)^T、v_left＝(-1,0,0)^T、v_right＝(1,0,0)^T。

4.如权利要求1所述立体光强传感方法，其特征在于，所述太阳总辐射强度值包括：

E_sun＝E_dir+E_dif，其中E_sun表示太阳总辐射强度值，E_dir为实际的太阳直射辐射强度值，E_dif为散射辐射强度值。

5.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

利用分设于一个立方体前后左右和顶部5个平面上的立体传感器，测量各个波段的太阳辐射值；

检测5个传感器各波段测量值中的最小值E_min和最大值E_max；

最小值E_min即为散射测量值E_dif，E_max减去E_dif即为直射辐射的直接测量值E_dir0；

根据图像记录的时间、日期、姿态角和经纬度信息，计算最大值E_max所在平面上的入射角z；

对直射辐射的直接测量值E_dir0进行倾斜校正，即可得到实际的太阳直射辐射E_dir，实际的太阳直射辐射E_dir加上散射测量值E_dif即为太阳总辐射值E_sun。

6.一种实施如权利要求1～3任意一项所述立体光强传感方法的光强传感器，其特征在于，所示光强传感器包括：

一个立方体前后左右和顶部5个平面上的立体传感器以及倾斜校正模块；

立体传感器，用于测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据；

倾斜校正模块，用于对传感器测量的直射辐射强度数据进行倾斜校正。

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