[发明专利]利用全球卫星定位系统信号源的机载海洋微波遥感系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋微波遥感技术，更特别地说，是指一种利用全球卫星定位系统信号源的机载海洋微波遥感系统。

背景技术

海洋遥感监测范围大、动态性高、气象条件复杂，微波遥感成为区域性和全球性海洋环境遥感监测的重要手段。目前，已有的SAR(Synthetic Aperture Radar)、散射计、高度计等微波遥感手段均利用后向散射同源观测的方式，数据收发成本高，时效性尚不能满足监测应用需求。全球卫星定位系统不仅为空间信息用户提供了导航定位信息，还提供了源源不断的L波段微波信号资源。基于全球卫星定位系统的GNSS-R(Global Navigation Satellite System-Reflection)海洋微波遥感系统以其全天候、全天时、多信号源、宽覆盖、高时空分辨率等应用优势，在海洋环境遥感监测中展现出广阔的应用前景，将与现有的微波遥感手段协同对海观测，提高海洋环境信息的采集效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用全球卫星定位系统信号源的机载海洋微波遥感系统，该系统包括GNSS-R微波遥感器、任务监控工作站、数据处理与应用工作站和仿真分析工作站四部分内容。本发明系统有效解决了目前海洋遥感设备缺乏、数据利用时效性不高等问题，将为有人/无人机航空平台提供全天候、全天时、多信号源、宽覆盖、高时空分辨率的新型任务设备及处理分析手段。

GNSS-R微波遥感器具有多源导航卫星直射和回波散射信号同步接收、海量原始信号采样与相关处理、导航定位求解、不同时延/多普勒频移/相关功率计算、数据实时输出功能。

任务监控工作站具有对GNSS-R微波遥感器工作模式和参数设定、任务规划、遥感器采集数据存储与管理、任务状态实时监控等功能。

数据处理与应用工作站具有海面观测点位置和信号路径延迟计算、不同时延多普勒相关功率谱成像处理及海面风场、有效波高、海面高程等海洋环境要素反演功能。

仿真分析工作站通过参数输入、模型选择、数值计算，具有遥感探测几何关系、海面入射信号、海面散射回波信号、遥感器采集信号模拟功能。

本发明机载海洋微波遥感系统具有如下优点：

①本发明将为海洋环境监测提供新型的微波遥感手段，利用导航卫星L波段信号进行全天候、全天时对海观测。

②GNSS-R微波遥感器采用双基雷达模式，无须高功率发射机和相关电子设备，遥感器的复杂度和成本大大下降，而且体积小、重量轻、功耗低，有利于与其他设备同机协同观测。

③GNSS-R微波遥感器对各类导航卫星系统的多源多角度直射和海面回波信号同步接收与机上实时处理，输出的多普勒/时延相关功率数据便于实时传输，任务监控系统可自动实时显示导航卫星信号分布、遥感器工作状态、飞行平台状态信息。

④数据处理与应用工作站首次实现了对GNSS-R遥感器采集的不同时延/多谱勒相关功率及导航定位解等遥感数据快速自动预处理和成像处理，并可自动进行海面风速风向、海面高程、有效波高等海洋环境要素反演计算。

⑤仿真分析工作站可实现GNSS直射信号、海面散射信号、几何动态关系、遥感器采集信号的全路径仿真，为遥感器设计与应用提供仿真分析手段，降低对海试数据的依赖。

⑥海洋薇波遥感能够作为海洋、气象部门的有人/无人机载及地面配套设备装备，高时效、低成本采集海洋环境监测信息，服务于海洋防灾减灾、海洋经济发展、海上安全保障。

附图说明

图1是本发明机载海洋微波遥感系统的结构框图。

图2是本发明机数据处理与应用工作站的结构框图。

图3是卫星、接收机和镜面反射点空间几何关系示意图。

图4是本发明海洋环境要素反演界面。

图4A是本发明不同风速风向相关功率理论波形图。

图4B是本发明海面相对高程反演结果图。

图4C是本发明有效波高的模式函数表征示意图。

图5是本发明成像处理模块界面。

图5A是本发明三维相关功率图。

图6是本发明仿真分析工作站的参数设置界面。

图6A是GNSS-R海洋遥感信号传输路径图。

图6B是本发明海面概率坡度密度分布图。

图6C是本发明海面前向散射系数分布图。

图6D是本发明海面菲涅尔反射系数与入射角关系图。

图6E是本发明海面散射信号时延相关功率的二维曲线。

图6F是本发明海面散射信号多谱勒相关功率的二维曲线。

具体实施方式