CN113419236A - 一种主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计，包括主动遥感工作模式和被动遥感工作模式，所述主动遥感工作模式为雷达发送和接收信号，主动遥感采用电扫描合成孔径雷达工作模式，在卫星飞行的交轨方向通过多个波位成像拼接合成大的地面观测区域；所述被动遥感工作模式为辐射计接收目标自辐射信号，被动遥感采用一维综合孔径辐射计工作模式，在交轨方向天线阵列单元波束同步覆盖相同的视场区域。因此，本申请提供的主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计，可获得同源、同时间、同视场的微波主被动联合高分辨率、高精度遥感数据。

Description

一种主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计
技术领域
本发明涉及L波段微波遥感土壤湿度领域，特别涉及一种主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计。
背景技术
天基遥感是最具潜力的大尺度、长时间序列信息获取的途径，它把传统的“点”测量方法获取的有限代表性的信息扩展为更加符合客观世界的“面”信息(区域信息)，并且可以在短时间内实现对大范围区域的重复监测，监测数据可以较大程度地排除人为干扰，具有很高的经济效益和社会效益。将卫星遥感应用于水资源管理监测和旱涝监测、预警，能极大地对地面水利监测网络进行数据补充。
大量的理论模型和试验表明，土壤的微波散射与辐射强烈地依赖于土壤的水分变化，利用干燥土壤和液态水分在介电特性上存在巨大差异这一特性可反演土壤中含水分量。但是地表辐射的电磁波在传播过程中，除了受到土壤水分的影响以外，同时还会受到土壤表面粗糙度和土壤以上植被覆盖的影响，这两种影响必须在土壤水分反演过程中进行校正和消除。
微波遥感对于土壤水分变化(介电常数)对于较高的敏感性，同时具备全天时全天候的探测能力，相比于可见光和近红外等波段具有无可比拟的优势。理论和试验研究表明，随着波长的增加，微波对于土壤水分的变化越敏感而且对于植被和土壤的穿透能力越强，因此当前最适宜用于土壤水分反演的波段为L波段。其中，L波段辐射测量(被动)对于土壤水分变化具有最高的敏感性，可为土壤水分的反演提供最可靠的观测数据；而L波段散射测量(主动)对于地表形状信息具有高敏感性，能够反映地表粗糙度和植被的变化，为土壤水分反演有效提供校正信息。并且主动与被动观测具有一定的相关性，主动观测一般具备更高的空间分辨率，可对被动观测进行降尺度以提高空间分辨率。
因此，用L波段微波主被动联合遥感，可提供高分辨率、高观测精度的大范围全球土壤湿度的遥感。主动探测采用大发射功率的雷达，被动探测采用高灵敏度的辐射计，主被动联合工作模式及时序的设计是保证高精度遥感探测的基础。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计，能够实现L波段主动散射探测和被动辐射探测联合探测。
为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计，包括主动遥感工作模式和被动遥感工作模式，其中：
所述主动遥感工作模式为雷达发送和接收信号，主动遥感采用电扫描合成孔径雷达工作模式，在卫星飞行的交轨方向通过多个波位成像拼接合成大的地面观测区域；
所述被动遥感工作模式为辐射计接收目标自辐射信号，被动遥感采用一维综合孔径辐射计工作模式，在交轨方向天线阵列单元波束同步覆盖相同的视场区域。
进一步的，所述主动遥感在星下点交轨方向左右两侧各设计7个子波位，通道各子模块分别成像，之后通过拼接合成大的地面观测区域±37°。
进一步的，所述主动遥感在每个波位上，天线都驻留170ms，然后通过相控阵调整天线增益和相位切换到下一个波束，并再次驻留固定时间；通过电扫方式重复这一过程到所有波束都扫描一遍，然后返回到第一个波束，从而完成了一个2.38s的扫描周期。
进一步的，所述主动遥感设计在雷达沿交轨方向扫描完整周期归位时，飞行方向的观测区域连续拼接。
进一步的，所述主动遥感在每个波位上，通过波控时序设计连续发射处于不同频带的水平H极化(1252.5～1257.5MHz)和垂直V极化(1262.5～1267.5MHz)的信号后，之后同时接收HH、HV和VV、VH四种极化的回波信号，然后根据脉冲重复频率的设计再次发射、接收一系列的脉冲串。
进一步的，所述被动遥感在交轨方向，天线阵列每个单元波束视场覆盖交轨方向全部视场±37°，并驻留累积2.38s的积分时间接收辐射信号，并通过接收信号的数字相关处理实现分辨单元合成，然后在卫星飞行方向重新开始下一个视场范围的积分。
进一步的，所述被动遥感天线采用双极化设计，在雷达接收回波信号的同时接收1401～1425MHz频带内的H、V双极化的物体自身辐射信号，而在雷达发射信号时，辐射计通过开关切换到匹配负载状态的设计来保护高灵敏度接收电路，从而提高抗干扰性能。
进一步的，所述主动遥感和被动遥感的工作频段、极化方式、视场范围与扫描时间相互匹配，实现对地遥感的时空同源探测。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明提供的主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计，使所述主动遥感和所述被动遥感的工作频段、极化方式、视场范围与扫描时间相互匹配，实现对地遥感的时空同源探测，使主动与被动观测具有一定的相关性，通过降尺度、亮温校正等处理获得多极化、高分辨率、高精度的遥感数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。附图中：
图1为本发明提供的主被动联合遥感探测的对地观测视场覆盖范围示意图；
图2为本发明提供的主动遥感工作模式；
图3为本发明提供的被动遥感工作模式；
图4为本发明提供的主被动联合遥感探测工作时序设计。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
图1为本发明提供的主被动联合遥感探测的对地观测视场覆盖范围示意图，如图1所示，微波主、被动探测同源、同时间、同视场。
图2为本发明提供的主动遥感工作模式，如图2所示，主动遥感采用电扫描合成孔径雷达工作模式，在卫星飞行的交轨方向通过多个波位成像拼接合成大的地面观测区域。
本实施例中，所述主动遥感在星下点交轨方向左右两侧各设计7个子波位，通道各子模块分别成像，之后通过拼接合成大的地面观测区域±37°。所述主动遥感在每个波位上，天线都驻留170ms，然后通过相控阵调整天线增益和相位切换到下一个波束，并再次驻留固定时间；通过电扫方式重复这一过程到所有波束都扫描一遍，然后返回到第一个波束，从而完成了一个2.38s的扫描周期。所述主动遥感设计在雷达沿交轨方向扫描完整周期归位时，飞行方向的观测区域连续拼接。
可选实施例中，所述主动遥感在每个波位上，通过波控时序设计连续发射处于不同频带的水平H极化(1252.5～1257.5MHz)和垂直V极化(1262.5～1267.5MHz)的信号后，之后同时接收HH、HV和VV、VH四种极化的回波信号，然后根据脉冲重复频率的设计再次发射、接收一系列的脉冲串。
图3为本发明提供的被动遥感工作模式，如图3所示，被动遥感采用一维综合孔径辐射计工作模式，在交轨方向天线阵列单元波束同步覆盖相同的视场区域。所述被动遥感在交轨方向，天线阵列每个单元波束视场覆盖交轨方向全部视场±37°，并驻留累积2.38s的积分时间接收辐射信号，并通过接收信号的数字相关处理实现分辨单元合成，然后在卫星飞行方向重新开始下一个视场范围的积分。
可选实施例中，所述被动遥感天线采用双极化设计，在雷达接收回波信号的同时接收1401～1425MHz频带内的H、V双极化的物体自身辐射信号，而在雷达发射信号时，辐射计通过开关切换到匹配负载状态的设计来保护高灵敏度接收电路，从而提高抗干扰性能。
图4为本发明提供的主被动联合遥感探测工作时序设计，如图4所示，主动遥感雷达发送和接收信号，被动遥感辐射计接收目标自辐射信号。主动探测在星下点轨迹左右两侧各7个波位，每个波位根据脉冲重复周期连续发射接收一系列脉冲串。被动探测在雷达接收回波信号的同时接收不同频带的物体自辐射信号，在雷达发射信号时，处于负载状态，从而保护高灵敏度接收电路，提高干扰性能。
本实施例中，所述主动遥感和被动遥感的工作频段、极化方式、视场范围与扫描时间相互匹配，实现对地遥感的时空同源探测。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的设计及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计，其特征在于，包括主动遥感工作模式和被动遥感工作模式，其中：
所述主动遥感工作模式为雷达发送和接收信号，主动遥感采用电扫描合成孔径雷达工作模式，在卫星飞行的交轨方向通过多个波位成像拼接合成大的地面观测区域；
所述被动遥感工作模式为辐射计接收目标自辐射信号，被动遥感采用一维综合孔径辐射计工作模式，在交轨方向天线阵列单元波束同步覆盖相同的视场区域。
2.根据权利要求1所述的一种主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计，其特征在于，所述主动遥感在星下点交轨方向左右两侧各设计7个子波位，通道各子模块分别成像，之后通过拼接合成大的地面观测区域±37°。
3.根据权利要求1所述的一种主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计，其特征在于，所述主动遥感在每个波位上，天线都驻留170ms，然后通过相控阵调整天线增益和相位切换到下一个波束，并再次驻留固定时间；通过电扫方式重复这一过程到所有波束都扫描一遍，然后返回到第一个波束，从而完成了一个2.38s的扫描周期。
4.根据权利要求2或3所述的一种主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计，其特征在于，所述主动遥感设计在雷达沿交轨方向扫描完整周期归位时，飞行方向的观测区域连续拼接。
5.根据权利要求3所述的一种主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计，其特征在于，所述主动遥感在每个波位上，通过波控时序设计连续发射处于不同频带的水平H极化(1252.5～1257.5MHz)和垂直V极化(1262.5～1267.5MHz)的信号后，之后同时接收HH、HV和VV、VH四种极化的回波信号，然后根据脉冲重复频率的设计再次发射、接收一系列的脉冲串。
6.根据权利要求1所述的一种主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计，其特征在于，所述被动遥感在交轨方向，天线阵列每个单元波束视场覆盖交轨方向全部视场±37°，并驻留累积2.38s的积分时间接收辐射信号，并通过接收信号的数字相关处理实现分辨单元合成，然后在卫星飞行方向重新开始下一个视场范围的积分。
7.根据权利要求1所述的一种主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计，其特征在于，所述被动遥感天线采用双极化设计，在雷达接收回波信号的同时接收1401～1425MHz频带内的H、V双极化的物体自身辐射信号，而在雷达发射信号时，辐射计通过开关切换到匹配负载状态的设计来保护高灵敏度接收电路，从而提高抗干扰性能。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种主被动联合遥感探测的工作模式及时序设计，其特征在于，所述主动遥感和被动遥感的工作频段、极化方式、视场范围与扫描时间相互匹配，实现对地遥感的时空同源探测。
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