專利名稱：一種海面溢油及懸浮物監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種海洋污染監(jiān)測技術(shù)，特別是一種海面溢油及懸浮物監(jiān)測系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
溢油和海洋表面懸浮物會(huì)對海洋環(huán)境、沿海經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成重大影響，已引起各國 政府部門的高度重視。油污染監(jiān)測是控制海洋污染、保護(hù)海洋資源和環(huán)境的有效措施之一。進(jìn)行海面油膜和懸浮物監(jiān)測常規(guī)手段主要有光學(xué)、紅外和微波遙感監(jiān)測等，光學(xué) 和紅外遙感受限于天氣狀況，不能全天時(shí)、全天候工作；微波遙感克服了這一缺點(diǎn)，星載微 波遙感這一手段的優(yōu)點(diǎn)是覆蓋范圍廣，可以全天時(shí)、全天候的進(jìn)行工作，但這一技術(shù)的主要 缺點(diǎn)是重訪周期低，即時(shí)間分辨率較低不能滿足海面溢油和懸浮物實(shí)時(shí)監(jiān)測的時(shí)效性需 求。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS的導(dǎo)航衛(wèi)星群可以提供源源不斷的L波段信號(hào)，用于導(dǎo) 航。GNSS的反射信號(hào)是可以被接受并利用的，而這種基于GNSS反射信號(hào)的遙感技術(shù)就被簡 稱為 GNSS-R(global navigation satellite system-reflection)技術(shù)。如圖 1 所示，這 種遙感系統(tǒng)包括有GNSS-R接收機(jī)和GNSS衛(wèi)星，GNSS衛(wèi)星提供的L波段信號(hào)，入射到海面， 經(jīng)海面反射后被GNSS-R接收機(jī)接收，此時(shí)L波段信號(hào)中包含了海面信息。GNSS-R接收機(jī)與現(xiàn)有散射計(jì)、雷達(dá)高度計(jì)、合成孔徑雷達(dá)等海洋、陸面微波遙感手 段相比，具有異源收發(fā)，信號(hào)多源化，前向散射等特點(diǎn)，在遙感探測機(jī)理方面屬于雙基雷達(dá) 模式。GNSS-R接收機(jī)體積小、重量輕、功耗小、成本低、可以全天時(shí)、全天候提供全球覆蓋均 勻的大量數(shù)據(jù)。但基于GNSS-R技術(shù)的海面溢油和懸浮物的監(jiān)測系統(tǒng)國內(nèi)目前未見報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實(shí)用新型要提出一種基于GNSS-R技術(shù)，可以 實(shí)現(xiàn)全天時(shí)、全天候的工作，而且時(shí)效性能滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測需求的海面溢油及懸浮物監(jiān)測方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種海面溢油及懸浮物監(jiān)測系 統(tǒng)，包括GNSS信號(hào)源、GNSS-R接收機(jī)、移動(dòng)平臺(tái)、平臺(tái)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述的 GNSS信號(hào)源提供源源不斷的L波段信號(hào)，所述的GNSS-R接收機(jī)安裝在移動(dòng)平臺(tái)上、接收 GNSS信號(hào)源的直射信號(hào)和入射到海面溢油及懸浮物被反射的信號(hào)，并將該信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù) 處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，所述的平臺(tái)控制系統(tǒng)控制移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型所述的移動(dòng)平臺(tái)為船舶，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為岸上數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)， 所述的平臺(tái)控制系統(tǒng)為船舶航行控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型所述的移動(dòng)平臺(tái)為無人機(jī)，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為數(shù)據(jù)處理工控機(jī)， 所述的平臺(tái)控制系統(tǒng)包括飛行控制計(jì)算機(jī)和任務(wù)控制計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型所述的移動(dòng)平臺(tái)為低軌衛(wèi)星，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為陸面數(shù)據(jù)處理分
3析系統(tǒng)，所述的平臺(tái)控制系統(tǒng)為地面控制接收裝置。本實(shí)用新型所述的GNSS-R接收機(jī)包括天線、信號(hào)放大部件和多普勒延遲映射接 收機(jī)，所述的天線包括接受GNSS直射信號(hào)的右旋圓極化天線RHCP和接收海面散射信號(hào)的 左旋圓極化天線LHCP，所述的天線的信號(hào)分別通過右旋圓極化天線信號(hào)放大部件和左旋圓 極化天線信號(hào)放大部件LNA進(jìn)行放大，并通過多普勒延遲映射接收機(jī)進(jìn)行處理，并將處理 后的原始采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果1、由于本實(shí)用新型提出采用新型微波遙感系統(tǒng)GNSS-R進(jìn)行海面溢油和懸浮物的 監(jiān)測，該監(jiān)測手段實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)監(jiān)測手段的創(chuàng)新，可以全天時(shí)、全天候的進(jìn)行工作，同時(shí)由于 工作在波長較長的L波段，所以穿透性更強(qiáng)。而且由于GNSS-R接收機(jī)體積小、重量輕、成本 低，因此可以實(shí)現(xiàn)對海面懸浮物和海上溢油監(jiān)測的低成本、高效率監(jiān)測。2、由于本實(shí)用新型的基于的GNSS-R技術(shù)屬于被動(dòng)接收，本身不需要發(fā)射信號(hào)，只 需要一個(gè)可以接收海面散射信號(hào)的GNSS-R接收機(jī)即可，所以體積小、重量輕，所需要的功 耗也小，在海面溢油和海面懸浮物監(jiān)測上便捷、靈活，該監(jiān)測測系統(tǒng)應(yīng)用到海面污染物的監(jiān) 測會(huì)大大提高海面監(jiān)測的效率。3、由于本實(shí)用新型的GNSS-R接收機(jī)體積小、重量輕、功耗低，因此可以方便地安 裝在船舶、無人機(jī)、低軌道衛(wèi)星等移動(dòng)平臺(tái)上。

本實(shí)用新型共有附圖6張，其中圖1是GNSS-R遙感原理圖。圖2是海面溢油及懸浮物監(jiān)測系統(tǒng)組成示意圖。圖3是GNSS-R接收機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是船載GNSS-R接收機(jī)的海面溢油及懸浮物監(jiān)測系統(tǒng)組成示意圖。圖5是無人機(jī)載GNSS-R接收機(jī)的海面溢油及懸浮物監(jiān)測系統(tǒng)組成示意圖。圖6是低軌衛(wèi)星載GNSS-R接收機(jī)的海面溢油及懸浮物監(jiān)測系統(tǒng)組成示意圖。圖中1、GNSS信號(hào)源，2、GNSS-R接收機(jī)，3、移動(dòng)平臺(tái)，4、平臺(tái)控制系統(tǒng)，5、數(shù)據(jù)處 理系統(tǒng)，6、右旋圓極化天線RHCP，7、左旋圓極化天線LHCP，8、右旋圓極化天線信號(hào)放大部 件，9、左旋圓極化天線信號(hào)放大部件，10、多普勒延遲映射接收機(jī)，11、支架，12、船舶，13、無 人機(jī)，14、飛行控制計(jì)算機(jī)，15、任務(wù)控制計(jì)算機(jī)，16，無人機(jī)載數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，17、低軌衛(wèi)星， 18、海面溢油及懸浮物。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步地描述。如圖2所示，一種海面溢油及懸 浮物監(jiān)測系統(tǒng)，包括GNSS信號(hào)源1、GNSS-R接收機(jī)2、移動(dòng)平臺(tái)3、平臺(tái)控制系統(tǒng)4和數(shù)據(jù)處 理系統(tǒng)5，所述的GNSS信號(hào)源1提供源源不斷的L波段信號(hào)，所述的GNSS-R接收機(jī)2安裝 在移動(dòng)平臺(tái)3上、接收GNSS信號(hào)源1的直射信號(hào)和入射到海面溢油及懸浮物18被反射的 信號(hào)，并將該信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，所述的平臺(tái)控制系統(tǒng)4控制 移動(dòng)平臺(tái)3的運(yùn)動(dòng)。[0025]如圖3所示，本實(shí)用新型所述的GNSS-R接收機(jī)2包括天線、信號(hào)放大部件和多普 勒延遲映射接收機(jī)10，所述的天線包括接受GNSS直射信號(hào)的右旋圓極化天線RHCP6和接收 海面散射信號(hào)的左旋圓極化天線LHCP7，所述的天線的信號(hào)分別通過右旋圓極化天線信號(hào) 放大部件8和左旋圓極化天線信號(hào)放大部件9LNA進(jìn)行放大，并通過多普勒延遲映射接收機(jī) 10進(jìn)行處理，并將處理后的原始采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)5。如圖3所示，本實(shí)用新型工作時(shí)，GNSS信號(hào)源1發(fā)射的右旋圓極化信號(hào)，用于導(dǎo)航， 該信息可以用右旋圓極化天線RHCP6進(jìn)行接收，右旋圓極化信號(hào)入射到海面經(jīng)散射后翻轉(zhuǎn) 為左旋圓極化信息，被左旋圓極化天線LHCP7接收，右旋圓極化天線RHCP6和接收海面散射 信號(hào)的左旋圓極化天線LHCP7接收到的信號(hào)分別經(jīng)右旋圓極化天線信號(hào)放大部件8和左旋 圓極化天線信號(hào)放大部件9這兩個(gè)LNA部件進(jìn)行放大，送入多普勒延遲映射接收機(jī)10進(jìn)行 處理，輸出的信號(hào)送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5進(jìn)行處理，得出海面溢油及懸浮物18的相關(guān)信息。下面介紹本實(shí)用新型的三個(gè)實(shí)施例實(shí)施例一如圖4所示，本實(shí)用新型所述的移動(dòng)平臺(tái)3為船舶12，所述的GNSS-R接 收機(jī)2通過支架11安裝在船舶12上，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5為岸上數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述的 平臺(tái)控制系統(tǒng)4為船舶航行控制系統(tǒng)。實(shí)施例二 如圖5所示，本實(shí)用新型所述的移動(dòng)平臺(tái)3為無人機(jī)13，所述的數(shù)據(jù)處 理系統(tǒng)5為無人機(jī)載數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)16，所述的平臺(tái)控制系統(tǒng)4包括飛行控制計(jì)算機(jī)14和任 務(wù)控制計(jì)算機(jī)15。實(shí)施例三如圖6所示，本實(shí)用新型所述的移動(dòng)平臺(tái)3為低軌衛(wèi)星17，所述的數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)5為陸面數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)，所述的平臺(tái)控制系統(tǒng)4為地面控制接收裝置。
權(quán)利要求一種海面溢油及懸浮物監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括GNSS信號(hào)源(1)、GNSS R接收機(jī)(2)、移動(dòng)平臺(tái)(3)、平臺(tái)控制系統(tǒng)(4)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)，所述的GNSS信號(hào)源(1)提供源源不斷的L波段信號(hào)，所述的GNSS R接收機(jī)(2)安裝在移動(dòng)平臺(tái)(3)上、接收GNSS信號(hào)源(1)的直射信號(hào)和入射到海面溢油及懸浮物(18)被反射的信號(hào)，并將該信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，所述的平臺(tái)控制系統(tǒng)(4)控制移動(dòng)平臺(tái)(3)的運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海面溢油及懸浮物監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的移動(dòng) 平臺(tái)⑶為船舶(12)，所述的GNSS-R接收機(jī)⑵通過支架(11)安裝在船舶(12)上，所述 的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)為岸上數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述的平臺(tái)控制系統(tǒng)(4)為船舶航行控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海面溢油及懸浮物監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的移動(dòng) 平臺(tái)(3)為無人機(jī)(13)，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)為無人機(jī)載數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(16)，所述的 平臺(tái)控制系統(tǒng)(4)包括飛行控制計(jì)算機(jī)(14)和任務(wù)控制計(jì)算機(jī)(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海面溢油及懸浮物監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的移動(dòng) 平臺(tái)(3)為低軌衛(wèi)星(17)，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)為陸面數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)，所述的平臺(tái) 控制系統(tǒng)(4)為地面控制接收裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海面溢油及懸浮物監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 GNSS-R接收機(jī)(2)包括天線、信號(hào)放大部件和多普勒延遲映射接收機(jī)(10)，所述的天線包 括接受GNSS直射信號(hào)的右旋圓極化天線RHCP(6)和接收海面散射信號(hào)的左旋圓極化天線 LHCP(7)，所述的天線的信號(hào)分別通過右旋圓極化天線信號(hào)放大部件(8)和左旋圓極化天 線信號(hào)放大部件(9)LNA進(jìn)行放大，并通過多普勒延遲映射接收機(jī)(10)進(jìn)行處理，并將處理 后的原始采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種海面溢油及懸浮物監(jiān)測系統(tǒng)，包括GNSS信號(hào)源、GNSS-R接收機(jī)、移動(dòng)平臺(tái)、平臺(tái)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述的GNSS信號(hào)源提供源源不斷的L波段信號(hào)，所述的GNSS-R接收機(jī)安裝在移動(dòng)平臺(tái)上、接收GNSS信號(hào)源的直射信號(hào)和入射到海面溢油及懸浮物被反射的信號(hào)，并將該信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，所述的平臺(tái)控制系統(tǒng)控制移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型采用GNSS-R技術(shù)進(jìn)行海面溢油和懸浮物的監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了全天時(shí)、全天候的監(jiān)測工作；因?yàn)楣ぷ髟诓ㄩL較長的L波段，所以穿透性更強(qiáng)；GNSS-R接收機(jī)體積小、重量輕、成本低，因此可以實(shí)現(xiàn)對海面懸浮物和海上溢油監(jiān)測的低成本、高效率監(jiān)測。
文檔編號(hào)G01S13/02GK201754184SQ201020218709
公開日2011年3月2日 申請日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者吳學(xué)睿, 李傳龍, 李穎 申請人:大連海事大學(xué)