一種海面溢油及懸浮物監測系統的製作方法

2023-05-04 01:54:46

專利名稱：一種海面溢油及懸浮物監測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種海洋汙染監測技術，特別是一種海面溢油及懸浮物監測系 統。
背景技術：
溢油和海洋表面懸浮物會對海洋環境、沿海經濟活動造成重大影響，已引起各國 政府部門的高度重視。油汙染監測是控制海洋汙染、保護海洋資源和環境的有效措施之一。進行海面油膜和懸浮物監測常規手段主要有光學、紅外和微波遙感監測等，光學 和紅外遙感受限於天氣狀況，不能全天時、全天候工作；微波遙感克服了這一缺點，星載微 波遙感這一手段的優點是覆蓋範圍廣，可以全天時、全天候的進行工作，但這一技術的主要 缺點是重訪周期低，即時間解析度較低不能滿足海面溢油和懸浮物實時監測的時效性需 求。全球衛星導航系統GNSS的導航衛星群可以提供源源不斷的L波段信號，用於導 航。GNSS的反射信號是可以被接受並利用的，而這種基於GNSS反射信號的遙感技術就被簡 稱為 GNSS-R(global navigation satellite system-reflection)技術。如圖 1 所示，這 種遙感系統包括有GNSS-R接收機和GNSS衛星，GNSS衛星提供的L波段信號，入射到海面， 經海面反射後被GNSS-R接收機接收，此時L波段信號中包含了海面信息。GNSS-R接收機與現有散射計、雷達高度計、合成孔徑雷達等海洋、陸面微波遙感手 段相比，具有異源收發，信號多源化，前向散射等特點，在遙感探測機理方面屬於雙基雷達 模式。GNSS-R接收機體積小、重量輕、功耗小、成本低、可以全天時、全天候提供全球覆蓋均 勻的大量數據。但基於GNSS-R技術的海面溢油和懸浮物的監測系統國內目前未見報導。
發明內容為解決現有技術存在的上述問題，本實用新型要提出一種基於GNSS-R技術，可以 實現全天時、全天候的工作，而且時效性能滿足實時監測需求的海面溢油及懸浮物監測方法。為了實現上述目的，本實用新型的技術方案如下一種海面溢油及懸浮物監測系 統，包括GNSS信號源、GNSS-R接收機、移動平臺、平臺控制系統和數據處理系統，所述的 GNSS信號源提供源源不斷的L波段信號，所述的GNSS-R接收機安裝在移動平臺上、接收 GNSS信號源的直射信號和入射到海面溢油及懸浮物被反射的信號，並將該信號傳輸到數據 處理系統進行數據處理和分析，所述的平臺控制系統控制移動平臺的運動。本實用新型所述的移動平臺為船舶，所述的數據處理系統為岸上數據處理系統， 所述的平臺控制系統為船舶航行控制系統。本實用新型所述的移動平臺為無人機，所述的數據處理系統為數據處理工控機， 所述的平臺控制系統包括飛行控制計算機和任務控制計算機。本實用新型所述的移動平臺為低軌衛星，所述的數據處理系統為陸面數據處理分
3析系統，所述的平臺控制系統為地面控制接收裝置。本實用新型所述的GNSS-R接收機包括天線、信號放大部件和都卜勒延遲映射接 收機，所述的天線包括接受GNSS直射信號的右旋圓極化天線RHCP和接收海面散射信號的 左旋圓極化天線LHCP，所述的天線的信號分別通過右旋圓極化天線信號放大部件和左旋圓 極化天線信號放大部件LNA進行放大，並通過都卜勒延遲映射接收機進行處理，並將處理 後的原始採樣數據傳輸到數據處理系統。與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果1、由於本實用新型提出採用新型微波遙感系統GNSS-R進行海面溢油和懸浮物的 監測，該監測手段實現了傳統監測手段的創新，可以全天時、全天候的進行工作，同時由於 工作在波長較長的L波段，所以穿透性更強。而且由於GNSS-R接收機體積小、重量輕、成本 低，因此可以實現對海面懸浮物和海上溢油監測的低成本、高效率監測。2、由於本實用新型的基於的GNSS-R技術屬於被動接收，本身不需要發射信號，只 需要一個可以接收海面散射信號的GNSS-R接收機即可，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測上便捷、靈活，該監測測系統應用到海面汙染物的監 測會大大提高海面監測的效率。3、由於本實用新型的GNSS-R接收機體積小、重量輕、功耗低，因此可以方便地安 裝在船舶、無人機、低軌道衛星等移動平臺上。

本實用新型共有附圖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測系統組成示意圖。圖3是GNSS-R接收機結構示意圖。圖4是船載GNSS-R接收機的海面溢油及懸浮物監測系統組成示意圖。圖5是無人機載GNSS-R接收機的海面溢油及懸浮物監測系統組成示意圖。圖6是低軌衛星載GNSS-R接收機的海面溢油及懸浮物監測系統組成示意圖。圖中1、GNSS信號源，2、GNSS-R接收機，3、移動平臺，4、平臺控制系統，5、數據處 理系統，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放大部 件，9、左旋圓極化天線信號放大部件，10、都卜勒延遲映射接收機，11、支架，12、船舶，13、無 人機，14、飛行控制計算機，15、任務控制計算機，16，無人機載數據處理系統，17、低軌衛星， 18、海面溢油及懸浮物。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行進一步地描述。如圖2所示，一種海面溢油及懸 浮物監測系統，包括GNSS信號源1、GNSS-R接收機2、移動平臺3、平臺控制系統4和數據處 理系統5，所述的GNSS信號源1提供源源不斷的L波段信號，所述的GNSS-R接收機2安裝 在移動平臺3上、接收GNSS信號源1的直射信號和入射到海面溢油及懸浮物18被反射的 信號，並將該信號傳輸到數據處理系統5進行數據處理和分析，所述的平臺控制系統4控制 移動平臺3的運動。[0025]如圖3所示，本實用新型所述的GNSS-R接收機2包括天線、信號放大部件和多普 勒延遲映射接收機10，所述的天線包括接受GNSS直射信號的右旋圓極化天線RHCP6和接收 海面散射信號的左旋圓極化天線LHCP7，所述的天線的信號分別通過右旋圓極化天線信號 放大部件8和左旋圓極化天線信號放大部件9LNA進行放大，並通過都卜勒延遲映射接收機 10進行處理，並將處理後的原始採樣數據傳輸到數據處理系統5。如圖3所示，本實用新型工作時，GNSS信號源1發射的右旋圓極化信號，用於導航， 該信息可以用右旋圓極化天線RHCP6進行接收，右旋圓極化信號入射到海面經散射後翻轉 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 信號的左旋圓極化天線LHCP7接收到的信號分別經右旋圓極化天線信號放大部件8和左旋 圓極化天線信號放大部件9這兩個LNA部件進行放大，送入都卜勒延遲映射接收機10進行 處理，輸出的信號送給數據處理系統5進行處理，得出海面溢油及懸浮物18的相關信息。下面介紹本實用新型的三個實施例實施例一如圖4所示，本實用新型所述的移動平臺3為船舶12，所述的GNSS-R接 收機2通過支架11安裝在船舶12上，所述的數據處理系統5為岸上數據處理系統，所述的 平臺控制系統4為船舶航行控制系統。實施例二 如圖5所示，本實用新型所述的移動平臺3為無人機13，所述的數據處 理系統5為無人機載數據處理系統16，所述的平臺控制系統4包括飛行控制計算機14和任 務控制計算機15。實施例三如圖6所示，本實用新型所述的移動平臺3為低軌衛星17，所述的數據 處理系統5為陸面數據處理分析系統，所述的平臺控制系統4為地面控制接收裝置。
權利要求一種海面溢油及懸浮物監測系統，其特徵在於包括GNSS信號源(1)、GNSS R接收機(2)、移動平臺(3)、平臺控制系統(4)和數據處理系統(5)，所述的GNSS信號源(1)提供源源不斷的L波段信號，所述的GNSS R接收機(2)安裝在移動平臺(3)上、接收GNSS信號源(1)的直射信號和入射到海面溢油及懸浮物(18)被反射的信號，並將該信號傳輸到數據處理系統(5)進行數據處理和分析，所述的平臺控制系統(4)控制移動平臺(3)的運動。
2.根據權利要求1所述的一種海面溢油及懸浮物監測系統，其特徵在於所述的移動 平臺⑶為船舶(12)，所述的GNSS-R接收機⑵通過支架(11)安裝在船舶(12)上，所述 的數據處理系統(5)為岸上數據處理系統，所述的平臺控制系統(4)為船舶航行控制系統。
3.根據權利要求1所述的一種海面溢油及懸浮物監測系統，其特徵在於所述的移動 平臺(3)為無人機(13)，所述的數據處理系統(5)為無人機載數據處理系統(16)，所述的 平臺控制系統(4)包括飛行控制計算機(14)和任務控制計算機(15)。
4.根據權利要求1所述的一種海面溢油及懸浮物監測系統，其特徵在於所述的移動 平臺(3)為低軌衛星(17)，所述的數據處理系統(5)為陸面數據處理分析系統，所述的平臺 控制系統(4)為地面控制接收裝置。
5.根據權利要求1所述的一種海面溢油及懸浮物監測系統，其特徵在於所述的 GNSS-R接收機(2)包括天線、信號放大部件和都卜勒延遲映射接收機(10)，所述的天線包 括接受GNSS直射信號的右旋圓極化天線RHCP(6)和接收海面散射信號的左旋圓極化天線 LHCP(7)，所述的天線的信號分別通過右旋圓極化天線信號放大部件(8)和左旋圓極化天 線信號放大部件(9)LNA進行放大，並通過都卜勒延遲映射接收機(10)進行處理，並將處理 後的原始採樣數據傳輸到數據處理系統(5)。
專利摘要本實用新型公開了一種海面溢油及懸浮物監測系統，包括GNSS信號源、GNSS-R接收機、移動平臺、平臺控制系統和數據處理系統，所述的GNSS信號源提供源源不斷的L波段信號，所述的GNSS-R接收機安裝在移動平臺上、接收GNSS信號源的直射信號和入射到海面溢油及懸浮物被反射的信號，並將該信號傳輸到數據處理系統進行數據處理和分析，所述的平臺控制系統控制移動平臺的運動。本實用新型採用GNSS-R技術進行海面溢油和懸浮物的監測，實現了全天時、全天候的監測工作；因為工作在波長較長的L波段，所以穿透性更強；GNSS-R接收機體積小、重量輕、成本低，因此可以實現對海面懸浮物和海上溢油監測的低成本、高效率監測。
文檔編號G01S13/02GK201754184SQ201020218709
公開日2011年3月2日 申請日期2010年6月7日 優先權日2010年6月7日
發明者吳學睿, 李傳龍, 李穎 申請人:大連海事大學