CN101866000A

CN101866000A - 一种海冰微波遥感监测系统

Info

Publication number: CN101866000A
Application number: CN 201010194254
Authority: CN
Inventors: 李颖; 吴学睿
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2010-10-20

Abstract

本发明公开了一种海冰微波遥感监测系统，包括GNSS信号源、RADARSAT信号源、GNSS-R接收机、移动平台、平台控制系统、数据接收处理系统，所述的GNSS信号源提供L波段信号，所述的RADARSAT信号源提供后向散射信号，所述的GNSS-R接收机接收GNSS信号源的直射信号和入射到海冰面上被散射的前向散射信号，所述的数据接收处理系统接收前向散射信号和后向散射信号、并对所接收的信号进行处理分析，所述的平台控制系统控制移动平台的运动。本发明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GNSS-R工作在波长较长的L波段，所以穿透性更强，可以实现对海冰的低成本、高效率监测。

Description

一种海冰微波遥感监测系统

技术领域

本发明涉及一种海冰监测技术，特别是一种海冰微波遥感监测系统。

背景技术

海冰灾害是自然界重要的灾害之一，影响海上交通运输、海洋资源开发等人类的生产生活，而2010年1月爆发的渤海湾特大海冰灾害再次使海冰灾害成为关注的焦点，也进一步加深了遥感领域科研工作者对海冰监测和研究的责任感和使命感。

遥感技术是海冰监测的重要手段，而目前的遥感监测手段都存在一定的局限性。如光学和红外遥感受限于天气状况，不能全天候工作；微波遥感克服了这一缺点，主动微波遥感---合成孔径雷达SAR空间分辨率高，但时间分辨率无法满足实时监测的需求，且成本较高，被动微波遥感又会受到较低空间分辨率的限制。

许多地物间，微波辐射能力差别较大，对于可见光和红外遥感所不能区别的某些目标物的特性，微波遥感可以较容易地分辨出。例如，在微波波段中，水的比辐射率为0.4，而冰的比辐射率为0.99，在常温下两者的亮度温度相差100k，很容易区别，而在红外波段，水的比辐射率为0.96，冰的比辐射率为0.92，两者相差甚微，不易区别。

基于GNSS(Global Navigation Satellite System)反射信号的GNSS-R(Global Navigation Satellite System-Reflection)技术已经成为了一种新兴的微波遥感技术。新兴微波遥感技术GNSS-R的一台接收机可以同时接收视场中的多颗卫星信号，这种双站雷达测量模式可以大大提高时空分辨率。同时，由于工作在L波段，所以可以全天时全天候的监测。GNSS-R属于被动接收，本身不需要发射信号，因此体积和重量上都很小，所需要的功耗也小。由于GNSS反射信号受海冰的介电常数影响，而海冰的介电常数与冰的组成、密度、冰龄、盐分、温度和形态有关，所以通过冰的介电常数和冰下海水的介电常数、以及海冰表面的反射系数可以确定海冰参数如内部特征、厚度、类型等。

1995年11月发射的加拿大雷达卫星(RADARSAT)则是一个兼顾商用及科学试验用途的雷达系统，其主要探测目标为海冰，同时还考虑到陆地成像，以便应用于农业、地质等领域。该系统有5种波束工作模式，即：(1)标准波束模式，入射角20～49°，成像宽度100公里，距离及方位分辨率为25米×28米；(2)宽辐射波束，入射角20～40°，成像宽度及空间分辨率分别为150公里和28米×35米；(3)高分辨率波束，三种参数依次为37～48°，45公里及10米×10米；(4)扫描雷达波束，该模式具有对全球快速成像能力，成像宽度为300公里或500公里，分辨率较为50米×50米或100米×100米，入射角为20～49°；(5)试验波束，该模式最大特点为入射角大，为49～59°，且变化幅度小，成像宽度及分辨率分别为75公里及28米×30米。

作为世界上最先进的商业卫星RADARSAT-2是RADARSAT-1的后续卫星，除延续了RADARSAT-1的拍摄能力和成像模式外，还增加了3米分辨率超精细模式和8米全极化模式。同时，可根据指令在左视和右视之间切换，这不仅缩短了重访周期，而且增加了获取立体成像的能力。

除了重访间隔缩短、数据接收更有保证和图像处理更加快速外，RADARSAT-2可以提供11种波束模式及大容量的固态记录仪等。同时，它将用户提交编程的时限缩短到4～12小时，这些都使RADARSAT-2的运行更加灵活和便捷。RADARSAT-1号和2号双星互补，加上雷达全天候全天时的主动成像特点，可以在一定程度上缓解卫星数据源不足的问题。

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和RADARSAT的海冰微波遥感监测系统，以实现全天时、全天候的实时监测需求，提高海冰监测的时空分辨率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种海冰微波遥感监测系统，包括GNSS信号源、RADARSAT信号源、GNSS-R接收机、移动平台、平台控制系统、数据接收处理系统，所述的GNSS信号源提供源源不断的L波段信号，所述的RADARSAT信号源提供后向散射信号，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冰面上被散射的前向散射信号，所述的数据接收处理系统接收GNSS-R接收机传输的前向散射信号和RADARSAT信号源发射的后向散射信号、并对所接收的信号进行处理分析，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、无人机或低轨卫星。

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和RADARSAT进行海冰的监测，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GNSS-R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，因此可以实现对海冰的低成本、高效率监测。

2、由于本发明基于的RADARSAT有以下三个特点：(1)具有45公里、75公里、100公里、150公里、300公里和500公里的不同辐射宽度成像能力；(2)分别为11.6MHz、17.3MHz、30.0MHz雷达带宽的选择性操作使距离分辨率可调；(3)较强的数据处理能力。因此，GNSS-R和RADARSAT的结合可以实现多元数据的融合，在时空分辨率上可以相互补充，提高海冰监测效率。在实现海冰大范围监测的同时，可以获取时效性很强的海冰细节信息。

附图说明：

本发明共有附图2张，其中：

图1是GNSS-R遥感原理图。

图2是海冰微波遥感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、数据接收处理系统，6、RADARSAT信号源，7、海冰。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步地描述。如图1-2所示，一种海冰微波遥感监测系统，包括GNSS信号源1、RADARSAT信号源6、GNSS-R接收机2、移动平台3、平台控制系统4、数据接收处理系统5，所述的GNSS信号源1提供源源不断的L波段信号，所述的RADARSAT信号源6提供后向散射信号，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冰7面上被散射的前向散射信号，所述的数据接收处理系统5接收GNSS-R接收机2传输的前向散射信号和RADARSAT信号源6发射的后向散射信号、并对所接收的信号进行处理分析，所述的平台控制系统4控制移动平台3的运动。所述的移动平台3为船舶、无人机或低轨卫星。

GNSS导航卫星将在未来几十年为人类提供精确、无偿的探测信号，信号具有长期的稳定性，因此，该项技术为监测海冰、分析海冰变化规律等提供了非常理想的手段。本发明立足于新兴遥感手段GNSS-R，着眼于与人们生产生活紧密相关的海冰研究，期望通过新型微波遥感手段GNSS-R并结合主动微波遥感数据实现对海冰的便捷、高效监测。

Claims

1.一种海冰微波遥感监测系统，其特征在于：包括GNSS信号源(1)、RADARSAT信号源(6)、GNSS-R接收机(2)、移动平台(3)、平台控制系统(4)、数据接收处理系统(5)，所述的GNSS信号源(1)提供源源不断的L波段信号，所述的RADARSAT信号源(6)提供后向散射信号，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冰(7)面上被散射的前向散射信号，所述的数据接收处理系统(5)接收GNSS-R接收机(2)传输的前向散射信号和RADARSAT信号源(6)发射的后向散射信号、并对所接收的信号进行处理分析，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所述的一种海冰微波遥感监测系统，其特征在于：所述的移动平台(3)为船舶、无人机或低轨卫星。