CN101858973A - 一种海面溢油及悬浮物监测系统 - Google Patents

一种海面溢油及悬浮物监测系统 Download PDF

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吴学睿
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Abstract

本发明公开了一种海面溢油及悬浮物监测系统，包括GNSS信号源、GNSS-R接收机、移动平台、平台控制系统和数据处理系统，所述的GNSS信号源提供源源不断的L波段信号，所述的GNSS-R接收机安装在移动平台上、接收GNSS信号源的直射信号和入射到海面溢油及悬浮物被反射的信号，并将该信号传输到数据处理系统进行数据处理和分析，所述的平台控制系统控制移动平台的运动。本发明采用GNSS-R技术进行海面溢油和悬浮物的监测，实现了全天时、全天候的监测工作；因为工作在波长较长的L波段，所以穿透性更强；GNSS-R接收机体积小、重量轻、成本低，因此可以实现对海面悬浮物和海上溢油监测的低成本、高效率监测。

Description

一种海面溢油及悬浮物监测系统
技术领域
本发明涉及一种海洋污染监测技术，特别是一种海面溢油及悬浮物监测系统。
背景技术
溢油和海洋表面悬浮物会对海洋环境、沿海经济活动造成重大影响，已引起各国政府部门的高度重视。油污染监测是控制海洋污染、保护海洋资源和环境的有效措施之一。
进行海面油膜和悬浮物监测常规手段主要有光学、红外和微波遥感监测等，光学和红外遥感受限于天气状况，不能全天时、全天候工作；微波遥感克服了这一缺点，星载微波遥感这一手段的优点是覆盖范围广，可以全天时、全天候的进行工作，但这一技术的主要缺点是重访周期低，即时间分辨率较低不能满足海面溢油和悬浮物实时监测的时效性需求。
全球卫星导航系统GNSS的导航卫星群可以提供源源不断的L波段信号，用于导航。GNSS的反射信号是可以被接受并利用的，而这种基于GNSS反射信号的遥感技术就被简称为GNSS-R(global navigation satellite system-reflection)技术。如图1所示，这种遥感系统包括有GNSS-R接收机和GNSS卫星，GNSS卫星提供的L波段信号，入射到海面，经海面反射后被GNSS-R接收机接收，此时L波段信号中包含了海面信息。
GNSS-R接收机与现有散射计、雷达高度计、合成孔径雷达等海洋、陆面微波遥感手段相比，具有异源收发，信号多源化，前向散射等特点，在遥感探测机理方面属于双基雷达模式。GNSS-R接收机体积小、重量轻、功耗小、成本低、可以全天时、全天候提供全球覆盖均匀的大量数据。但基于GNSS-R技术的海面溢油和悬浮物的监测系统国内目前未见报道。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要提出一种基于GNSS-R技术，可以实现全天时、全天候的工作，而且时效性能满足实时监测需求的海面溢油及悬浮物监测方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种海面溢油及悬浮物监测系统，包括GNSS信号源、GNSS-R接收机、移动平台、平台控制系统和数据处理系统，所述的GNSS信号源提供源源不断的L波段信号，所述的GNSS-R接收机安装在移动平台上、接收GNSS信号源的直射信号和入射到海面溢油及悬浮物被反射的信号，并将该信号传输到数据处理系统进行数据处理和分析，所述的平台控制系统控制移动平台的运动。
本发明所述的移动平台为船舶，所述的数据处理系统为岸上数据处理系统，所述的平台控制系统为船舶航行控制系统。
本发明所述的移动平台为无人机，所述的数据处理系统为数据处理工控机，所述的平台控制系统包括飞行控制计算机和任务控制计算机。
本发明所述的移动平台为低轨卫星，所述的数据处理系统为陆面数据处理分析系统，所述的平台控制系统为地面控制接收装置。
本发明所述的GNSS-R接收机包括天线、信号放大部件和多普勒延迟映射接收机，所述的天线包括接受GNSS直射信号的右旋圆极化天线RHCP和接收海面散射信号的左旋圆极化天线LHCP，所述的天线的信号分别通过右旋圆极化天线信号放大部件和左旋圆极化天线信号放大部件LNA进行放大，并通过多普勒延迟映射接收机进行处理，并将处理后的原始采样数据传输到数据处理系统。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明提出采用新型微波遥感系统GNSS-R进行海面溢油和悬浮物的监测，该监测手段实现了传统监测手段的创新，可以全天时、全天候的进行工作，同时由于工作在波长较长的L波段，所以穿透性更强。而且由于GNSS-R接收机体积小、重量轻、成本低，因此可以实现对海面悬浮物和海上溢油监测的低成本、高效率监测。
2、由于本发明的基于的GNSS-R技术属于被动接收，本身不需要发射信号，只需要一个可以接收海面散射信号的GNSS-R接收机即可，所以体积小、重量轻，所需要的功耗也小，在海面溢油和海面悬浮物监测上便捷、灵活，该监测测系统应用到海面污染物的监测会大大提高海面监测的效率。
3、由于本发明的GNSS-R接收机体积小、重量轻、功耗低，因此可以方便地安装在船舶、无人机、低轨道卫星等移动平台上。
附图说明
本发明共有附图6张，其中：
图1是GNSS-R遥感原理图。
图2是海面溢油及悬浮物监测系统组成示意图。
图3是GNSS-R接收机结构示意图。
图4是船载GNSS-R接收机的海面溢油及悬浮物监测系统组成示意图。
图5是无人机载GNSS-R接收机的海面溢油及悬浮物监测系统组成示意图。
图6是低轨卫星载GNSS-R接收机的海面溢油及悬浮物监测系统组成示意图。
图中：1、GNSS信号源，2、GNSS-R接收机，3、移动平台，4、平台控制系统，5、数据处理系统，6、右旋圆极化天线RHCP，7、左旋圆极化天线LHCP，8、右旋圆极化天线信号放大部件，9、左旋圆极化天线信号放大部件，10、多普勒延迟映射接收机，11、支架，12、船舶，13、无人机，14、飞行控制计算机，15、任务控制计算机，16，无人机载数据处理系统，17、低轨卫星，18、海面溢油及悬浮物。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图2所示，一种海面溢油及悬浮物监测系统，包括GNSS信号源1、GNSS-R接收机2、移动平台3、平台控制系统4和数据处理系统5，所述的GNSS信号源1提供源源不断的L波段信号，所述的GNSS-R接收机2安装在移动平台3上、接收GNSS信号源1的直射信号和入射到海面溢油及悬浮物18被反射的信号，并将该信号传输到数据处理系统5进行数据处理和分析，所述的平台控制系统4控制移动平台3的运动。
如图3所示，本发明所述的GNSS-R接收机2包括天线、信号放大部件和多普勒延迟映射接收机10，所述的天线包括接受GNSS直射信号的右旋圆极化天线RHCP6和接收海面散射信号的左旋圆极化天线LHCP7，所述的天线的信号分别通过右旋圆极化天线信号放大部件8和左旋圆极化天线信号放大部件9LNA进行放大，并通过多普勒延迟映射接收机10进行处理，并将处理后的原始采样数据传输到数据处理系统5。
如图3所示，本发明工作时，GNSS信号源1发射的右旋圆极化信号，用于导航，该信息可以用右旋圆极化天线RHCP6进行接收，右旋圆极化信号入射到海面经散射后翻转为左旋圆极化信息，被左旋圆极化天线LHCP7接收，右旋圆极化天线RHCP6和接收海面散射信号的左旋圆极化天线LHCP7接收到的信号分别经右旋圆极化天线信号放大部件8和左旋圆极化天线信号放大部件9这两个LNA部件进行放大，送入多普勒延迟映射接收机10进行处理，输出的信号送给数据处理系统5进行处理，得出海面溢油及悬浮物18的相关信息。
下面介绍本发明的三个实施例：
实施例一：如图4所示，本发明所述的移动平台3为船舶12，所述的GNSS-R接收机2通过支架11安装在船舶12上，所述的数据处理系统5为岸上数据处理系统，所述的平台控制系统4为船舶航行控制系统。
实施例二：如图5所示，本发明所述的移动平台3为无人机13，所述的数据处理系统5为无人机载数据处理系统16，所述的平台控制系统4包括飞行控制计算机14和任务控制计算机15。
实施例三：如图6所示，本发明所述的移动平台3为低轨卫星17，所述的数据处理系统5为陆面数据处理分析系统，所述的平台控制系统4为地面控制接收装置。

Claims (5)

1.一种海面溢油及悬浮物监测系统，其特征在于：包括GNSS信号源(1)、GNSS-R接收机(2)、移动平台(3)、平台控制系统(4)和数据处理系统(5)，所述的GNSS信号源(1)提供源源不断的L波段信号，所述的GNSS-R接收机(2)安装在移动平台(3)上、接收GNSS信号源(1)的直射信号和入射到海面溢油及悬浮物(18)被反射的信号，并将该信号传输到数据处理系统(5)进行数据处理和分析，所述的平台控制系统(4)控制移动平台(3)的运动。
2.根据权利要求1所述的一种海面溢油及悬浮物监测系统，其特征在于：所述的移动平台(3)为船舶(12)，所述的GNSS-R接收机(2)通过支架(11)安装在船舶(12)上，所述的数据处理系统(5)为岸上数据处理系统，所述的平台控制系统(4)为船舶航行控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种海面溢油及悬浮物监测系统，其特征在于：所述的移动平台(3)为无人机(13)，所述的数据处理系统(5)为无人机载数据处理系统(16)，所述的平台控制系统(4)包括飞行控制计算机(14)和任务控制计算机(15)。
4.根据权利要求1所述的一种海面溢油及悬浮物监测系统，其特征在于：所述的移动平台(3)为低轨卫星(17)，所述的数据处理系统(5)为陆面数据处理分析系统，所述的平台控制系统(4)为地面控制接收装置。
5.根据权利要求1所述的一种海面溢油及悬浮物监测系统，其特征在于：所述的GNSS-R接收机(2)包括天线、信号放大部件和多普勒延迟映射接收机(10)，所述的天线包括接受GNSS直射信号的右旋圆极化天线RHCP(6)和接收海面散射信号的左旋圆极化天线LHCP(7)，所述的天线的信号分别通过右旋圆极化天线信号放大部件(8)和左旋圆极化天线信号放大部件(9)LNA进行放大，并通过多普勒延迟映射接收机(10)进行处理，并将处理后的原始采样数据传输到数据处理系统(5)。
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