CN105300363A - Gnss-r海面信息探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GNSS-R海面信息探测系统，包括，多个探测设备F、远端服务器D、数据显示模块E，探测设备F有多个，分别设置不同的位置用于探测不同区域的海面信息，各个探测设备F包括信号接收模块A、信号处理模块B、数据传输模块C，信号接收模块A用于接收GNSS卫星发射的直射信号和由海面反射的反射信号，信号处理模块B用于对直射信号和反射信号进行处理，反演出探测区域的海面信息，数据传输模块C用于将探测到的海面信息实时的传输到远端服务器D。通过多个测设备F能够实时的对广域的海域的海面状况进行监测。

Description

GNSS-R海面信息探测系统

技术领域

本发明涉及一种GNSS-R(GlobalNavigationSatellitesystem-Reflection)海面信息探测系统，具体就是一种通过接收卫星的直射信号和反射信号并对信号做相应的处理，并能实时的将海面状况进行显示的终端，属于遥感应用技术领域。

背景技术

GNSS不仅为用户提供了精确的导航、定位和精密时间，而且能够全天时、全天候提供稳定度和安全度高的全球微波信号源。自20世纪90年代以来，GNSS-R技术是在GNSS领域中逐渐发展起来的一个新型分支，是国内外遥感探测和导航技术领域研究的热点之一。该技术通过岸基、机载或者机载的设备接收、处理经海洋表面反射的导航卫星信号，得到二维时延多普勒相关功率，并提取反演输入参数，通过模型反演得到海面有效波高、海面风速、海面风向、海面溢油和船舶目标探测等功能。

目前的海况监测主要靠人工定时巡检，岸边采集为主。由于监测手段的局限性，不能做到即时响应和信息共享，为海上生产建设提供直接高效服务。并且目前的观测手段只能检测监测点的状况，对于区域性的检测，只能依靠传统的以点代面的粗略监测方式，不能准确描述区域内实际海况的变化情况。

本发明的第一目的在于，提供一种能够实现即时响应和信息共享的GNSS-R海面信息探测系统。

本发明的第二目的在于，提供一种能够准确描述区域内实际海况的变化情况的GNSS-R海面信息探测系统。

发明内容

本发明的技术方案为：一种GNSS-R海面信息探测系统，其特征在于包括，探测设备(F)、远端服务器(D)、数据显示模块(E)，探测设备(F)有多个，分别设置海岸的不同位置用于探测不同区域的海面信息，各个探测设备(F)包括信号接收模块(A)、信号处理模块(B)、数据传输模块(C)，信号接收模块(A)，用于接收GNSS卫星发射的直射信号和由海面反射的反射信号，信号处理模块(B)用于对直射信号和反射信号进行处理，反演出探测区域的海面信息，数据传输模块(C)用于将探测到的海面信息实时的传输到远端服务器D，数据显示模块(E)直接或通过网络与远端服务器(D)连接，能够实时的读取各个探测设备(F)反演的海面信息。

附图说明

图1为GNSS-R海面信息探测系统的总体框架图；

图2为数据传输模块C传输反演信息的流程图；

图3为PC终端读取远端服务器D数据的流程图；

图4为利用GIS系统的流程图。

具体实施方式

以下以实施例的方式对本发明的GNSS-R海面信息探测系统进行说明。在实施例中，GNSS-R海面信息探测系统主要用于探测海风海浪等。

如图1所示，GNSS-R海面信息探测系统由探测设备F和远端服务器D和数据显示模块E构成。探测设备F(F1～Fn)有多个，分别设置探测海域的岸边，对不同的海域进行探测。各个探测设备F(F1～Fn)的探测区域无缝隙连接或有部分区域重叠，形成一个广域的探测海域。各个探测设备F(F1～Fn)的结构相同。探测设备F(F1～Fn)的数量n根据探测海域的大小设定，探测海域越大数量n越多，只要保证覆盖整个探测海域即可。

探测设备F包括，信号接收模块A、信号处理模块B、数据传输模块C，信号接收模块A用于接收GNSS卫星发射的直射信号和由海面反射的反射信号，信号处理模块B用于对直射信号和反射信号进行处理，反演出探测区域的海面有效波高、海面风速、海面风向、海面溢油和航行的船舶，数据传输模块C用于将探测到的海面信息实时的传输到远端服务器D存储。

数据显示模块E直接或通过网络与远端服务器D连接，远端服务器D中存储的各个探测区域的海面信息，由数据显示模块E读取，集中显示。

下面详细介绍各模块的结构及功能：

1、信号接收模块A

本发明中，信号接收模块A属于探测设备F的顶端部分。其主要由指向天顶的直射天线a(a1～an)和指向海面探测区域的反射天线b(b1～bn)两部分组成。直射天线a接收GNSS卫星发射的多频点的右旋圆极化信号，反射天线b接收经过海面反射多频点的左旋圆极化信号。在本实施方式中，各个探测设备F，其反射天线b所指向的区域互不相同，保证各个反射天线b所接收信号的范围(探测区域)之间呈无缝隙连接或部分区域重叠。

直射天线a和反射天线b将接收到的信号通过电缆传输到信号处理模块B。

2、信号处理模块B

本发明中，信号处理模块B属于探测设备F的核心部分，其主要由FPGA、DSP和UM220芯片组成。

信号处理模块B中的UM220芯片将信号接收模块A传送过来的信号进行定位解算，得到探测设备，即直射天线a和反射天线b设置位置的经度、纬度、高度和时间信息，同时得到GNSS系统的可见卫星号。FPGA和DSP主要对直射信号和反射信号进行处理得到1ms的相关值序列，它是由帧头、PRN号、1个直射信号复相关值和64个反射信号复相关值组成。得到的相关值序列被传送到ARM处理器，经过运算得到海面的反演信息。在本实施方式中，反演信息包括海面的有效波高、海面风速、海面风向、海面溢油和船舶监测。信息的反演为现有技术，可利用各种公开的技术，在次不再赘述。信号处理模块B将计算好的一分钟反演结果作为一帧数据，输出到数据传输模块C。每一帧的数据主要包括设备号、时间、经纬度、绝对高度、有效波高、海面风速、海面风向、海面溢油和船舶监测。

由于信号处理模块B、数据传输模块C实时的传输数据，不需要设置用于存储反演信息的存储器。

3、数据传输模块C

本发明中，数据传输模块C属于探测设备F的通道部分。该模块主要包括4G移动网络和短波通讯网络，通过网络将海面的反演信息传输到远端服务器D。图2为数据传输模块C传输反演信息的流程图。

如图2所示，步骤10，信号处理模块B每完成一帧数据的处理后，将该数据输出到数据传输模块C。

步骤12，数据传输模块C在接收到数据后，判断4G移动网络或短波通讯网络是否处于连接中，“是”进入步骤16，“否”进入步骤14。

步骤14，连接4G移动网络或短波通讯网络后，使信号处理模块B再次输出数据(一帧数据)。

步骤16，数据传输模块C通过4G移动网络或短波通讯网络将数据传输到远端服务器D。

4、远端服务器D

本发明中，远端服务器D属于反演信息的存储部分，用于存储各个探测设备F实时传输过来的数据(一帧数据)，各个探测设备F传输过来的数据按照设备号存储在存储器中。

5、数据显示模块E

本发明中，数据显示模块E属于系统的终端部分。数据显示模块E通过读取远端服务器D的数据将反演结果显示在显示屏上。

在本实施方式中，显示模块E由PC客户端构成。PC客户端通过网络与远端服务器D连接。图3为PC终端读取远端服务器D数据的流程图。

步骤20，PC客户端连接网络。

步骤22，判断网络连接是否完成，“是”进入步骤24，读取远端服务器D中最新的数据，“否”回到步骤20，连接网络。

步骤24，由远端服务器D读取最新的反演信息。

步骤26，将读取的数据显示在显示屏上。

以上对本发明的实施方式进行了说明，本发明的优点在于：

一、本发明采用异源接收模式，利用全球共享的GNSS星座为多源微波信号发射源，大大缩小了接收机的复杂度和体积，有利于在航空或卫星平台上搭载。

二、相比于传统海面探测装置，本发明的GNSS-R海面信息探测系统能够有效地提高探测多种海面信息，从而提高了高效性。

三、在海洋遥感应用时，该发明有利于海面物理参数的反演，对GNSS-R技术的发展具有重要的意义。

并且，探测设备F反演的信息不用人工定时巡检，和到岸边直接采集，只要在数据显示模块E的显示屏上就能够实现即时响应和信息共享，实时的对整个探测海域的有效波高、海面风速、海面风向、海面溢油和船舶进行监测。

并且，由于各个探测设备F的探测区域无缝连接或部分重叠，能够无缝隙的掌握探测海域内的实际海况的变化情况。

数据显示模块E可以由安装GIS(GeographicInformationSystem)系统的PC客户端实现。

以下对的安装GIS系统的PC客户端的操作流程进行说明。图4是利用GIS系统的流程图。

步骤30，用户登录GIS系统，输入用户名和密码登录。

步骤31，验证用户名，如果用户名是注册过的，进入步骤33，没注册过的，进入步骤31，提示用户注册后，回到步骤30。

步骤33，验证密码，验证成功后，进入步骤34，验证身份，验证不成功则回到步骤30，由用户重新输入密码。

步骤34，验证身份，身份是管理员时，进入步骤35的管理员界面，是用户(普通用户)时进入步骤36的用户界面。

在管理员界面，海况信息模块，人员管理模块，发布信息模块被激活，

在用户界面，海况信息模块，发布信息模块被激活。

步骤37、40，管理员或用户通过海况信息模块，由服务器D读取最新的数据，实时海况、船舶监控、动态反演或视频接入，对海面进行监控。

步骤38，管理员通过人员管理模块进行人员管理、系统管理和客服支持。

步骤39、41，管理员或用户通过发布信息模块发布报警、监控平台。

对于安装GIS系统的PC客户端管理员或用户可以通过海况信息模块实时对海面信息进行监控，了解不同海域的海面状，通过在探测设备F上安装视频接入模块，还能够通过视频查看具体的海面信息，更加准确的了解当地的海面状况。根据不同部门的需求，除视频系统该，还可以添加或者删除船舶监控的模块，其主要目的是对经过设备安装附近的船舶进行监测，并给出其出现的具体位置信息。管理人员可以将下一级的工作人员发布的海面信息进行总结与发布，为当地的海面工作人员或者渔民提供有效可靠的海面信息。管理员还可以通过平台监控模块实现对A类终端和B类终端监控，实现海面工作人员点到点的实时监控，为海上工作人员的安全提供了安全有效的保障。

管理员除了拥有可以查看海面信息模块的功能外，还可以通过人员管理模块对本单位人员的基本信息进行增加、删除和修改等操作，并能够设置不同人员的操作权限，这样对于不同的人员可以设定不同的观测领域。其中，在对用户进行删除操作时，需要能够对原始数据保留，这个功能可以根据当时设定的用户级别进行设置。同时可以设定系统的不同功能，包括设备以及数据模块等的操作，通过管理员能够直接对设备进行操作。通过管理员的设置能够实现办公自动化。

非管理员(用户)作为执行者，只能操作管理员对其赋予的功能，不能对整个系统进行更改。非管理员可以通过该系统根据不同的部门进行相应的信息查询，为他们提供不同的服务。

他们可以通过实时海况模块对海面信息进行监控，了解不同海域的海面状况。通过视频接入模块查看具体的海面信息，更加准确的了解当地的海面状况。通过船舶监控模块对经过海面的船舶进行监测，并给出其出现的具体位置信息。工作人员可以通过该系统中的报警发布模块将得到的海面信息进行汇总，直接或者间接的发布到管理员。在平台监控模块中同样可以实现所管辖范围内对A类终端和B类终端的监控。

以上只是对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的结构并不局限于此，可将做各种变形。

Claims (7)

1.一种GNSS-R海面信息探测系统，其特征在于包括，探测设备(F)、远端服务器(D)、数据显示模块(E)，探测设备(F)有多个，分别设置海岸的不同位置用于探测不同区域的海面信息，各个探测设备(F)包括信号接收模块(A)、信号处理模块(B)、数据传输模块(C)，信号接收模块(A)，用于接收GNSS卫星发射的直射信号和由海面反射的反射信号，信号处理模块(B)用于对直射信号和反射信号进行处理，反演出探测区域的海面信息，数据传输模块(C)用于将探测到的海面信息实时的传输到远端服务器D，数据显示模块(E)直接或通过网络与远端服务器(D)连接，能够实时的读取各个探测设备(F)反演的海面信息。

2.根据权利要求1所述的GNSS-R海面信息探测系统，其特征在于，所述海面信息包括包括海面的有效波高、海面风速、海面风向、海面溢油和航行的船舶中的任一个或多个。

3.根据权利要求2所述的GNSS-R海面信息探测系统，其特征在于，各个探测设备F的探测区域无缝隙连接或有部分区域重叠。

4.根据权利要求3所述的GNSS-R海面信息探测系统，其特征在于，信号处理模块(B)在反演时，将规定时间的反演结果作为一帧数据，输出到数据传输模块(C)，每一帧的数据包括设备号、时间、经纬度、绝对高度、有效波高、海面风速、海面风向、海面溢油和船舶监测。

5.根据权利要求4所述的GNSS-R海面信息探测系统，其特征在于，数据传输模块(C)采用4G移动网络或短波通讯网络传输数据。

6.根据权利要求5所述的GNSS-R海面信息探测系统，其特征在于，数据显示模块(E)为安装GIS系统的PC客户端。

7.根据权利要求6所述的GNSS-R海面信息探测系统，其特征在于，PC客户端直接或通过网络与远端服务器(D)连接。