专利名称：一种gnss-r遥感监测系统及其监测方法
技术领域：
本发明涉及一种遥感监测系统，特别是一种GNSS-R遥感监测系统及其监测方法。
背景技术：
传统的GPS 进入 GNSS 的新时代，GNSS (Global Navigation Satellite System) 是若干个导航星座的集合名词，包括美国的GPS、欧洲的伽利略(Galileo)、俄国的GL0NASS 以及中国的北斗卫星导航系统Compass。GNSS的反射信号是可以被接收并利用的，而这 种基于GNSS反射信号的遥感技术就被简称为GNSS_R(Global Navigation Satellite System-Reflection)技术。具体原理如图3和图4所示。GNSS反射信号的接收需要一种专门的接收机，而现有接收机一般只包含两个天 线，一个是接收直射信号的右旋圆极化天线，另一个是接收反射信号的左旋圆极化天线。而 实际上不同的极化信号是涵盖不同地物特征的。GNSS-R与现有散射计、雷达高度计、合成孔径雷达等海洋、陆面微波遥感手段相 比，具有异源收发、信号多源化、前向散射等特点，在遥感探测机理方面属于双基雷达模式。 GNSS体积小、重量轻、功耗小、成本低、可以全天时、全天候提供全球覆盖均勻的大量数据。随着微电子、光电子、信息处理、通信网络、新材料、动力以及航空航天等高新技术 的迅速发展，为无人机平台技术的发展和应用奠定了坚实的物质技术基础。无人机航空遥 感技术作为一项空间数据获取的重要手段，具有续航时间长、影像实时传输、高危地区探 测、成本低、机动灵活等优点，是卫星遥感与有人机航空遥感的有力补充。目前对地物观测的遥感手段主要有光学、红外和微波，但是存在各自的局限性，简 单总结如下光学和红外遥感受限于天气状况，不能全天时全天候工作；微波遥感克服了 这一缺点，SAR空间分辨率高，但时间分辨率无法满足实时监测的需求，且成本较高，被动微 波遥感又会受到较低空间分辨率的限制。GNSS-R的一台接收机可以同时接收视场中的多颗卫星信号，这种双站雷达测量 模式可以大大提高时空分辨率。同时，由于工作在L波段，所以可以全天时全天候的监测。 GNSS-R属于被动接收，本身不需要发射信号，所以体积和重量都很�。枰墓囊残。� 在地物监测上便捷、灵活。GNSS导航卫星将在未来几十年为人类提供精确、无偿的探测信 号，信号具有长期的稳定性，因此，该项技术为监测地物、分析地物变化规律等提供了非常 理想的手段。GNSS-R技术虽然可以使上述问题得到有效解决，但问题是，现有的GNSS-R接收 机只能接收圆极化信息，即包含两个天线，一个是指向天顶的接收GNSS直射信号的右旋天 线，另一个是指向天底的接收地表反射信号的左旋天线。而实际上，地物的线性极化信息 包括水平极化和垂直极化信息，在不同的角度和观测条件下会携带地物更多不同的有用信 息。因此亟待对现有接收机的天线进行改进以使其包含更多的地物的极化信息。同时将 GNSS-R搭载在无人机上，可以方便灵活的获取地物L波段信息。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以同时接收地物圆极化和线性极化信号的GNSS-R遥感监测系统及其监测方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下一种GNSS-R遥感监测系统，包括低 空控制系统和地面控制系统，所述的低空控制系统和地面控制系统通过L波段信号进行通 信，所述的地面控制系统包括数据处理工控机、任务控制计算机和飞行控制计算机，所述的 低空控制系统包括无人机三轴稳定平台和GNSS-R接收机，所述的GNSS-R接收机安装有四 个天线，分别是接收GNSS直射信号的RHCP右旋圆极化天线、接收地物散射信号的LHCP左 旋圆极化天线、接收垂直线性极化信号的H极化天线和接收水平线性极化信号的V极化天 线，并在每个天线附近分别安装一个相应的低噪声放大器LNA。一种GNSS-R遥感监测系统的监测方法，包括以下步骤A、低噪声放大器LNA将接收到的GNSS信号放大和滤波，并经过射频前端RF与本 机振荡器产生的正弦波信号进行混频，形成中频信号；B.GNSS-R接收机内部的高速A/D转换器对中频信号进行A/D采样，并对采样后的 数据通过FPGA专用相关器进行处理，同时经由高速A/D转换器形成的数字信号通过USB2. 0 接口电路进行数据处理，形成原始采样数据，传输到数据处理工控机；C、经过FPGA专用相关器处理后的原始采样数据经由DSP信号处理器进行处理后， 再经过RS232接口电路进行数据转换，形成导航定位信息相关功率信息，并将该信息传输 到数据处理工控机和任务控制计算机；D、由数据处理工控机对GNSS-R接收机接收到的直射信号和散射信号进行处理。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果1、由于本发明在接收天线的设计上采用了圆极化和线极化两类四根天线(RHCP、 LHCP和H、ν)，所以可以同时接收地物圆极化和线性极化的信号，因此在对地物进行监测和 分析的时候可以获取地物更多的极化信息。2、由于本发明将GNSS-R传感器搭载在小型无人机上，所以成本低、操作简单、机 动灵活。
本发明共有附图4张，其中图1是GNSS-R遥感监测系统的结构示意图。图2是GNSS-R遥感监测系统的接收机结构示意图。图3是GNSS-R遥感监测系统的原理图。图4是GNSS-R遥感监测系统示意图。图中1、低空控制系统，2、地面控制系统，3、GNSS-R接收机，4、无人机三轴稳定平 台，5、数据处理工控机，6、任务控制计算机，7、飞行控制计算机，8、RHCP右旋圆极化天线，9、 LHCP左旋圆极化天线，10、H极化天线，11、V极化天线，12、低噪声放大器LNA，13、射频前端 RF，14、高速A/D转换器，15、FPGA专用相关器，16、USB2. 0接口电路，17、DSP信号处理器， 18、RS232接口电路，19、原始采样数据，20、导航定位信息相关功率信息。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-2所示，一种GNSS-R遥感监测 系统，包括低空控制系统1和地面控制系统2，所述的低空控制系统1和地面控制系统2通 过L波段信号进行通信，所述的地面控制系统2包括数据处理工控机5、任务控制计算机6 和飞行控制计算机7，所述的低空控制系统1包括无人机三轴稳定平台4和GNSS-R接收机 3，所述的GNSS-R接收机3安装有四个天线，分别是接收GNSS直射信号的RHCP右旋圆极化 天线8、接收地物散射信号的LHCP左旋圆极化天线 9、接收垂直线性极化信号的H极化天线 10和接收水平线性极化信号的V极化天线11，并在每个天线附近分别安装一个相应的低噪 声放大器LNA12。一种GNSS-R遥感监测系统的监测方法，包括以下步骤A、低噪声放大器LNA12将接收到的GNSS信号放大和滤波，并经过射频前端RF13 与本机振荡器产生的正弦波信号进行混频，形成中频信号；B、GNSS-R接收机3内部的高速A/D转换器14对中频信号进行A/D采样，并对采 样后的数据通过FPGA专用相关器15进行处理，同时经由高速A/D转换器14形成的数字信 号通过USB2.0接口电路16进行数据处理，形成原始采样数据，传输到数据处理工控机5 ；C、经过FPGA专用相关器15处理后的原始采样数据经由DSP信号处理器17进行 处理后，再经过RS232接口电路18进行数据转换，形成导航定位信息相关功率信息20，并将 该信息传输到数据处理工控机5和任务控制计算机6 ；D、由数据处理工控机5对GNSS-R接收机3接收到的直射信号和散射信号进行处理。
权利要求
一种GNSS-R遥感监测系统，包括低空控制系统(1)和地面控制系统(2)，所述的低空控制系统(1)和地面控制系统(2)通过L波段信号进行通信，所述的地面控制系统(2)包括数据处理工控机(5)、任务控制计算机(6)和飞行控制计算机(7)，所述的低空控制系统(1)包括无人机三轴稳定平台(4)和GNSS-R接收机(3)，其特征在于所述的GNSS-R接收机(3)安装有四个天线，分别是接收GNSS直射信号的RHCP右旋圆极化天线(8)、接收地物散射信号的LHCP左旋圆极化天线(9)、接收垂直线性极化信号的H极化天线(10)和接收水平线性极化信号的V极化天线(11)，并在每个天线附近分别安装一个相应的低噪声放大器LNA(12)。
2.—种GNSSR遥感监测系统的监测方法，其特征在于包括以下步骤A、低噪声放大器LNA(12)将接收到的GNSS信号放大和滤波，并经过射频前端RF(13) 与本机振荡器产生的正弦波信号进行混频，形成中频信号；B、GNSS-R接收机(3)内部的高速A/D转换器(14)对中频信号进行A/D采样，并对采 样后的数据通过FPGA专用相关器(15)进行处理，同时经由高速A/D转换器(14)形成的数 字信号通过USB2.0接口电路(16)进行数据处理，形成原始采样数据，传输到数据处理工控 机(5)；C、经过FPGA专用相关器(15)处理后的原始采样数据经由DSP信号处理器(17)进行 处理后，再经过RS232接口电路(18)进行数据转换，形成导航定位信息相关功率信息(20)， 并将该信息传输到数据处理工控机(5)和任务控制计算机(6)；D、由数据处理工控机(5)对GNSS-R接收机(3)接收到的直射信号和散射信号进行处理。
全文摘要
本发明公开了一种GNSS-R遥感监测系统及其监测方法，所述的系统包括低空控制系统和地面控制系统，所述的低空控制系统包括无人机三轴稳定平台和GNSS-R接收机，所述的GNSS-R接收机安装有四个天线，分别是接收GNSS直射信号的RHCP右旋圆极化天线、接收地物散射信号的LHCP左旋圆极化天线、接收垂直线性极化信号的H极化天线和接收水平线性极化信号的V极化天线。本发明由数据处理工控机对接收机接收到的直射信号和散射信号进行处理。由于本发明在接收天线的设计上采用了圆极化和线极化两类四根天线，所以可以同时接收地物圆极化和线性极化的信号，因此在对地物进行监测和分析的时候可以获取地物更多的极化信息。
文档编号G01S19/13GK101872017SQ20101019419
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年6月7日
发明者吴学睿, 李传龙, 李颖, 陈澎 申请人:大连海事大学
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