一種溼地微波遙感監測方法
2023-08-12 20:05:21 1
專利名稱：一種溼地微波遙感監測方法
技術領域：
本發明涉及一種溼地遙感監測手段，特別是一種溼地微波遙感監測方法。
背景技術：
溼地被譽為「自然之腎」、「生物基因庫」和「人類搖籃」，溼地位於生物圈、水圈、巖 石圈和大氣圈的交匯處，由喜水生活和過溼環境構成，是各種能流和物流交換與作用的場 所。但是，溼地確實人們重視最晚的一種資源，美國等西方發達國家也只是在二十世 紀60年代才開始重視溼地方面的研究，而近年來溼地的特殊性和重要性已受到全世界的 關注，溼地研究成為當前研究的熱門領域。溼地研究的關鍵是定量化獲取和分析溼地信息，遙感技術是獲取溼地信息的一種 有效手段，利用光學和微波遙感影像可以在時間和空間上進行溼地監測和製圖分析，具體 的方法包括兩個步驟1、利用不同傳感器獲取溼地在時間和空間上的遙感影像；2、利用不同的遙感圖像處理軟體和數據分析處理軟體對獲取的遙感影像進行分 析處理，數據分析處理的步驟基本包括預處理、信息分析、溼地分類、精度評價和結果輸
出ο在數據獲取方面，傳統的地學儀器已經很難進行溼地和湖泊的監測。星載雷達高 度計航跡偏移距離(Cross-track)太大，而且空間解析度太低，不能用來進行小區域的監 測。因此，遙感技術已經成為溼地研究的重要技術手段和方法。溼地監測對遙感影像的空間解析度有一定的要求，空間解析度是指遙感影像上能 夠識別的兩個相鄰地物的最小距離。一般可以將空間解析度劃分為高、中、低三個等級，小 於IOm的為高空間解析度，10 IOOm的為中空間解析度，大於IOOm為低空間解析度。由於溼地分布範圍較小且含混度大，低空間解析度遙感影像表徵地物的可解譯性 較差，因此，很少將低空間解析度遙感影像用於溼地監測。而中等解析度的遙感影像儘管空 間解析度不高，但對於大區域的、宏觀的溼地監測相當實用，再結合地面調查和各種參考資 料，分類精度基本能滿足要求，國內外很多溼地監測都採用這些遙感影像。利用光學遙感技術進行溼地的監測是目前常用的手段，但是會受到天氣和光照條 件的影響，不能全天時全天候的進行工作。利用微波遙感技術可以全天時、全天候的進行工作，不受光照條件影響，能穿雲透 霧，同時由於工作波長較長，對植被和土壤有一定的穿透能力，近幾年來，國內外學者開始 研究基於微波遙感的溼地信息提取。目前，我國利用微波遙感進行溼地監測較少，而且現有 的微波傳感器造價較高、解析度較低、機動性較差。
發明內容
為解決現有技術存在的上述問題，本發明要提出一種可以全天時全天候進行工作
3的解析度較高、運行成本低、機動靈活的溼地微波遙感監測方法。為了實現上述目的，本發明的技術方案如下一種溼地微波遙感監測方法，利用 GNSS信號源的提供L波段微波信號，通過GNSS-R接收機接收GNSS信號源的直射信號及經 地物表面散射後的包含地物信息的前向散射信號，然後傳輸到數據處理分析系統進行處理 分析，具體方法包括以下步驟A、獲取溼地數據通過GNSS-R接收機的右旋圓極化天線RHCP接收GNSS信號源的 直射信號Sd、左旋圓極化天線LHCP接收經地物散射的前向散射信號Ss ；B、預處理由數據處理分析系統對獲取的溼地數據進行預處理，消除幹擾噪聲；C、信號分析由數據處理分析系統採用幹涉圖法或者波形圖法對預處理後的溼地 數據進行分析；D、影像形成由數據處理分析系統將經過信號分析後得到的數據形成遙感影像；E、溼地分類由數據處理分析系統利用遙感影像圖對溼地進行分類；F、專題圖形成由數據處理分析系統將分類後的遙感影像圖形成專題圖；G、精度評價對專題圖進行精度評價；H、溼地專題圖確定將符合精度要求的專題圖確定為溼地專題圖；I、專題圖輸出利用製圖儀將形成的溼地專題圖輸出。本發明所述的幹涉圖法包括以下步驟Al、利用GNSS信號源作用於地物表面的直射信號和反射信號，在GNSS-R接收機處 產生幹涉信號，並形成幹涉圖；A2、利用幹涉圖會隨著溼地的乾濕程度不同而呈現出不同變化的特性進行溼地數 據分析。本發明所述的波形圖法包括以下步驟Bi、用直射信號Sd將前向散射信號Ss進行歸一化處理得到信號Sn ；B2、用歸一化反射平均能量Sn的強弱進行溼地數據分析。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果1、由於本發明的GNSS-R接收機接收的GNSS信號源是若干個導航衛星群的集 合，包括傳統意義的GPS、歐洲的Galileo、俄國的GL0NASS以及中國的北鬥衛星導航系統 Compass0 GNSS信號源可以源源不斷的提供長期穩定的無償L波段信號，因此，在進行溼地 監測時，可以不受雨霧、光照影響，全天時全天候的進行工作。2、由於本發明的GNSS-R接收機的工作模式屬於雙基地雷達模式，是對傳統散射 計模型的補充。而且GNSS-R接收機體積小、重量輕、功耗低、價格便宜，不需要發射機，可以 同時接收10個或更多顆導航衛星的數據。因此，與傳統的光學或微波傳感器比，本發明的 運行成本低廉。3、由於本發明GNSS-R技術的空間解析度約為50m，在溼地監測方面屬於中等空間 解析度，適宜進行溼地監測。4、由於本發明的GNSS-R接收機可以進行地基、機載和星載觀測，工作起來機動靈 活、便捷、高效。5、本發明的GNSS的反射信號卻可以探測到地球表面小區域的特性。同時GNSS反 射信號的強弱也是陸面乾濕區域的指示信號，因此可以用來進行海岸、溼地和湖泊的遙感
4監測。
本發明共有附圖2張，其中圖1是溼地微波遙感監測系統組成示意圖。圖2是溼地微波遙感監測方法流程示意圖。圖中1、GNSS信號源；2、GNSS-R接收機；3、移動平臺；4、溼地；5、平臺控制系統； 6、數據處理分析系統。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行進一步地描述。如圖1-2所示，一種溼地微波遙感監 測方法，利用GNSS信號源1的提供L波段微波信號，通過GNSS-R接收機2接收GNSS信號 源1的直射信號及經地物表面散射後的包含地物信息的前向散射信號，然後傳輸到數據處 理分析系統6進行處理分析；基於GNSS-R技術的溼地微波遙感監測系統，包括GNSS信號源 1、GNSS-R接收機2、移動平臺3、平臺控制系統5和數據處理分析系統6，所述的GNSS信號 源1通過L波段微波信號與GNSS-R接收機2連接，所述的GNSS-R接收機2安裝在移動平 臺3上、通過不受其他信號幹擾的陸面固有傳輸波段與數據處理分析系統6連接，所述的數 據處理分析系統6是安裝有溼地4微波遙感分析系統軟體的計算機，所述的平臺控制系統5 是安裝有移動平臺3運動控制程序的工控機、通過不受其他信號幹擾的陸面固有傳輸波段 與移動平臺3連接，所述的數據分析處理系統通過數據線與數據處理系統連接。所述的移 動平臺3為地面遙感平臺、機載遙感平臺或低軌衛星。具體的遙感監測方法包括以下步驟A、獲取溼地4數據通過GNSS-R接收機2的右旋圓極化天線RHCP接收GNSS信號 源1的直射信號sd、左旋圓極化天線LHCP接收經地物散射的前向散射信號Ss ；B、預處理由數據處理分析系統6對獲取的溼地4數據進行預處理，消除幹擾噪 聲；C、信號分析由數據處理分析系統6採用幹涉圖法或者波形圖法對預處理後的溼 地4數據進行分析；D、影像形成由數據處理分析系統6將經過信號分析後得到的數據形成遙感影 像；E、溼地4分類由數據處理分析系統6利用遙感影像圖對溼地4進行分類；F、專題圖形成由數據處理分析系統6將分類後的遙感影像圖形成專題圖；G、精度評價對專題圖進行精度評價；H、溼地4專題圖確定將符合精度要求的專題圖確定為溼地4專題圖；I、專題圖輸出利用製圖儀將形成的溼地4專題圖輸出。本發明所述的幹涉圖法包括以下步驟 Al、利用GNSS信號源1作用於地物表面的直射信號和反射信號，在GNSS-R接收機 2處產生幹涉信號，並形成幹涉圖； A2、利用幹涉圖會隨著溼地4的乾濕程度不同而呈現出不同變化的特性進行溼地4數據分析。本發明所述的波形圖法包括以下步驟Bi、用直射信號Sd將前向散射信號Ss進行歸一化處理得到信號Sn ；B2、用歸一化反射平均能量Sn的強弱進行溼地4數據分析。
權利要求
一種溼地微波遙感監測方法，其特徵在於利用GNSS信號源(1)的提供L波段微波信號，通過GNSS R接收機(2)接收GNSS信號源(1)的直射信號及經地物表面散射後的包含地物信息的前向散射信號，然後傳輸到數據處理分析系統(6)進行處理分析，具體方法包括以下步驟A、獲取溼地(4)數據通過GNSS R接收機(2)的右旋圓極化天線RHCP接收GNSS信號源(1)的直射信號Sd、左旋圓極化天線LHCP接收經地物散射的前向散射信號Ss；B、預處理由數據處理分析系統(6)對獲取的溼地(4)數據進行預處理，消除幹擾噪聲；C、信號分析由數據處理分析系統(6)採用幹涉圖法或者波形圖法對預處理後的溼地(4)數據進行分析；D、影像形成由數據處理分析系統(6)將經過信號分析後得到的數據形成遙感影像；E、溼地(4)分類由數據處理分析系統(6)利用遙感影像圖對溼地(4)進行分類；F、專題圖形成由數據處理分析系統(6)將分類後的遙感影像圖形成專題圖；G、精度評價對專題圖進行精度評價；H、溼地(4)專題圖確定將符合精度要求的專題圖確定為溼地(4)專題圖；I、專題圖輸出利用製圖儀將形成的溼地(4)專題圖輸出。
2.根據權利要求1所述的一種溼地微波遙感監測方法，其特徵在於所述的幹涉圖法 包括以下步驟Al、利用GNSS信號源(1)作用於地物表面的直射信號和反射信號，在GNSS-R接收機 (2)處產生幹涉信號，並形成幹涉圖；A2、利用幹涉圖會隨著溼地(4)的乾濕程度不同而呈現出不同變化的特性進行溼地 (4)數據分析。
3.根據權利要求1所述的一種溼地微波遙感監測方法，其特徵在於所述的波形圖法 包括以下步驟Bi、用直射信號Sd將前向散射信號Ss進行歸一化處理得到信號Sn ； B2、用歸一化反射平均能量強弱進行溼地(4)數據分析。
全文摘要
本發明公開了一種溼地微波遙感監測方法，利用GNSS信號源的提供L波段微波信號，通過GNSS-R接收機接收GNSS信號源的直射信號及經地物表面散射後的包含地物信息的前向散射信號，然後傳輸到數據處理分析系統進行處理分析。由於本發明的GNSS-R接收機接收的GNSS信號源是若干個導航衛星群的集合，GNSS信號源可以源源不斷的提供長期穩定的無償L波段信號，因此，在進行溼地監測時，可以不受雨霧、光照影響，全天時全天候的進行工作。由於本發明的GNSS-R接收機體積小、重量輕、功耗低、價格便宜，與傳統的光學或微波傳感器比，本發明的運行成本低廉。
文檔編號G01S13/89GK101915918SQ201010235949
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者吳學睿, 李穎 申請人:大連海事大學