[發(fā)明專利]一種海面溢油及懸浮物遙感監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法

無效

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• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN103424753A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳學(xué)睿;金雙根
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海天文臺
• 主分類號: G01S19/14
• 分類號: G01S19/14;G01N21/53
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋污染監(jiān)測技術(shù)，尤其涉及一種海面溢油及懸浮物遙感監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

海面溢油及懸浮物會嚴(yán)重污染沿海海域，破壞水環(huán)境的生態(tài)平衡，使動植物界受到極大的危險，對沿海經(jīng)濟(jì)活動造成重大影響，從而已引起各國政府的高度重視。為此，需要采取必要的措施對海面溢油及懸浮物進(jìn)行監(jiān)測和控制。

遙感技術(shù)是海面溢油及懸浮物監(jiān)測的有效手段。常規(guī)的監(jiān)測方法有激發(fā)熒光、紫外、光學(xué)、紅外和微波遙感。但是這些遙感手段存在各自的局限性，例如，光學(xué)和紅外遙感受限于天氣情況，不能全天時、全天候的進(jìn)行工作；而微波遙感的波長較長，穿透性強(qiáng)，可以全天時、全天候進(jìn)行工作，但其時空分辨率還無法滿足實(shí)際應(yīng)用需求，且傳感器造價較高。

新興的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)反射信號GNSS-R（Global?Navigation?Satellite?System—Reflection）遙感技術(shù)是利用導(dǎo)航衛(wèi)星的反射信號對地物進(jìn)行遙感。與現(xiàn)有的散射計、雷達(dá)高度計、合成孔徑雷達(dá)等海洋、陸面微波遙感手段相比，導(dǎo)航衛(wèi)星群GNSS可以源源不斷的提供L波段的信號，而不需要研制專門的發(fā)射機(jī)，GNSS-R的一臺接收機(jī)可以同時接收視場中的多個衛(wèi)星信號，在遙感探測機(jī)理方面屬于雙站/多站雷達(dá)模式，這種工作模式可以大大提高時空分辨率；同時，由于工作在穿透性較強(qiáng)的L波段，所以可以全天時全天候的監(jiān)測。另外，GNSS-R接收機(jī)屬于被動接收，本身不需要發(fā)射信號，所以體積和重量都很小，所需要的功耗也小，因此，在地物監(jiān)測上具有便捷、靈活的特點(diǎn)。GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星將在未來幾十年為人類提供精確、無償?shù)奶綔y信號，且該探測信號具有長期的穩(wěn)定性，因此，該項技術(shù)為監(jiān)測地物、分析地物變化規(guī)律等提供了非常理想的手段。

如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的GNSS-R遙感系統(tǒng)基本包括多個GNSS衛(wèi)星1'以及一個GNSS-R接收機(jī)2'，其中，各個GNSS衛(wèi)星1'源源不斷的發(fā)射L波段直射信號，經(jīng)地表反射后，被專門的GNSS-R接收機(jī)2'所接收，形成雙站/多站雷達(dá)工作模式。然而，這種GNSS-R遙感系統(tǒng)的一個特點(diǎn)是不斷變化的觀測幾何，而且其工作波段只有L波段，使其在其遙感應(yīng)用上受到限制。由此可見現(xiàn)有的GNSS-R遙感系統(tǒng)仍無法完全滿足監(jiān)測需要。

通信衛(wèi)星（communications?satellite）是用作無線電通信中繼站的人造地球衛(wèi)星，通信衛(wèi)星用于轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信地球站之間或地球站與航天器間的通信。

由于通信衛(wèi)星工作在多個微波波段（C、Ku和S波段），這些微波波段適用于海面溢油及懸浮物監(jiān)測，且信號功率更大，因此可以成為有效的微波發(fā)射源，目前只利用了通信衛(wèi)星的直射信號，而其直射信號經(jīng)地物反射的反射信息卻沒有被利用過，因此，鑒于與GNSS-R遙感原理相似，可以研發(fā)一種將通信衛(wèi)星作為有效發(fā)射源的海面溢油及懸浮物遙感監(jiān)測系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對海面溢油及懸浮物的多波段（微波波段）遙感監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種海面溢油及懸浮物遙感監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法，以克服觀測幾何變化的缺點(diǎn)，并提供多種工作波段，以全天時全天候監(jiān)測海面溢油及懸浮物。

本發(fā)明之一所述的一種海面溢油及懸浮物遙感監(jiān)測系統(tǒng)，包括：

連續(xù)發(fā)射多個不同工作波段的直射微波信號的通信衛(wèi)星；

遙感平臺；

安裝在所述遙感平臺上的反射信號接收機(jī)，其接收所述多個不同工作波段的直射微波信號經(jīng)海面區(qū)域反射后的反射微波信號，并根據(jù)所述不同工作波段對所述反射微波信號進(jìn)行分離、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字處理后，得到用于海面遙感監(jiān)測的所述不同工作波段下的實(shí)測波形圖；

安裝在所述反射信號接收機(jī)頂端的鋁板，其對直接接收到的所述直射微波信號進(jìn)行反射，并將從所述海面區(qū)域直接接收到的所述反射微波信號傳輸至所述反射信號接收機(jī)；以及

與所述反射信號接收機(jī)連接的數(shù)據(jù)處理裝置，其根據(jù)所述海面區(qū)域的海況信息獲取不同工作波段下的仿真波形圖，并將各工作波段下的仿真波形圖與所述反射信號接收機(jī)輸出的相應(yīng)工作波段下的實(shí)測波形圖進(jìn)行匹配，以獲取所述海面區(qū)域中海面溢油及懸浮物的特性信息。

在上述的海面溢油及懸浮物遙感監(jiān)測系統(tǒng)中，所述反射信號接收機(jī)包括：

多個分別接收所述不同工作波段下的反射微波信號的天線模塊；

多個分別與所述天線模塊連接的射頻前端模塊，每個所述射頻前端模塊接收相應(yīng)的所述天線模塊輸出的所述反射微波信號，并對該反射微波信號進(jìn)行放大濾波后輸出相應(yīng)的射頻信號；