專利名稱：一種濕地微波遙感監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濕地遙感監(jiān)測手段，特別是一種濕地微波遙感監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
濕地被譽為“自然之腎”、“生物基因庫”和“人類搖籃”，濕地位于生物圈、水圈、巖 石圈和大氣圈的交匯處，由喜水生活和過濕環(huán)境構(gòu)成，是各種能流和物流交換與作用的場 所。但是，濕地確實人們重視最晚的一種資源，美國等西方發(fā)達國家也只是在二十世 紀60年代才開始重視濕地方面的研究，而近年來濕地的特殊性和重要性已受到全世界的 關(guān)注，濕地研究成為當前研究的熱門領(lǐng)域。濕地研究的關(guān)鍵是定量化獲取和分析濕地信息，遙感技術(shù)是獲取濕地信息的一種 有效手段，利用光學(xué)和微波遙感影像可以在時間和空間上進行濕地監(jiān)測和制圖分析，具體 的方法包括兩個步驟1、利用不同傳感器獲取濕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件和數(shù)據(jù)分析處理軟件對獲取的遙感影像進行分 析處理，數(shù)據(jù)分析處理的步驟基本包括預(yù)處理、信息分析、濕地分類、精度評價和結(jié)果輸
出ο在數(shù)據(jù)獲取方面，傳統(tǒng)的地學(xué)儀器已經(jīng)很難進行濕地和湖泊的監(jiān)測。星載雷達高 度計航跡偏移距離(Cross-track)太大，而且空間分辨率太低，不能用來進行小區(qū)域的監(jiān) 測。因此，遙感技術(shù)已經(jīng)成為濕地研究的重要技術(shù)手段和方法。濕地監(jiān)測對遙感影像的空間分辨率有一定的要求，空間分辨率是指遙感影像上能 夠識別的兩個相鄰地物的最小距離。一般可以將空間分辨率劃分為高、中、低三個等級，小 于IOm的為高空間分辨率，10 IOOm的為中空間分辨率，大于IOOm為低空間分辨率。由于濕地分布范圍較小且含混度大，低空間分辨率遙感影像表征地物的可解譯性 較差，因此，很少將低空間分辨率遙感影像用于濕地監(jiān)測。而中等分辨率的遙感影像盡管空 間分辨率不高，但對于大區(qū)域的、宏觀的濕地監(jiān)測相當實用，再結(jié)合地面調(diào)查和各種參考資 料，分類精度基本能滿足要求，國內(nèi)外很多濕地監(jiān)測都采用這些遙感影像。利用光學(xué)遙感技術(shù)進行濕地的監(jiān)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(shù)可以全天時、全天候的進行工作，不受光照條件影響，能穿云透 霧，同時由于工作波長較長，對植被和土壤有一定的穿透能力，近幾年來，國內(nèi)外學(xué)者開始 研究基于微波遙感的濕地信息提取。目前，我國利用微波遙感進行濕地監(jiān)測較少，而且現(xiàn)有 的微波傳感器造價較高、分辨率較低、機動性較差。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要提出一種可以全天時全天候進行工作
3的分辨率較高、運行成本低、機動靈活的濕地微波遙感監(jiān)測方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種濕地微波遙感監(jiān)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(jīng) 地物表面散射后的包含地物信息的前向散射信號，然后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)進行處理 分析，具體方法包括以下步驟A、獲取濕地數(shù)據(jù)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(jīng)地物散射的前向散射信號Ss ；B、預(yù)處理由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)對獲取的濕地數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，消除干擾噪聲；C、信號分析由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)采用干涉圖法或者波形圖法對預(yù)處理后的濕地 數(shù)據(jù)進行分析；D、影像形成由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)將經(jīng)過信號分析后得到的數(shù)據(jù)形成遙感影像；E、濕地分類由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)利用遙感影像圖對濕地進行分類；F、專題圖形成由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)將分類后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、濕地專題圖確定將符合精度要求的專題圖確定為濕地專題圖；I、專題圖輸出利用制圖儀將形成的濕地專題圖輸出。本發(fā)明所述的干涉圖法包括以下步驟Al、利用GNSS信號源作用于地物表面的直射信號和反射信號，在GNSS-R接收機處 產(chǎn)生干涉信號，并形成干涉圖；A2、利用干涉圖會隨著濕地的干濕程度不同而呈現(xiàn)出不同變化的特性進行濕地數(shù) 據(jù)分析。本發(fā)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的強弱進行濕地數(shù)據(jù)分析。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、由于本發(fā)明的GNSS-R接收機接收的GNSS信號源是若干個導(dǎo)航衛(wèi)星群的集 合，包括傳統(tǒng)意義的GPS、歐洲的Galileo、俄國的GL0NASS以及中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) Compass0 GNSS信號源可以源源不斷的提供長期穩(wěn)定的無償L波段信號，因此，在進行濕地 監(jiān)測時，可以不受雨霧、光照影響，全天時全天候的進行工作。2、由于本發(fā)明的GNSS-R接收機的工作模式屬于雙基地雷達模式，是對傳統(tǒng)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(fā)射機，可以 同時接收10個或更多顆導(dǎo)航衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。因此，與傳統(tǒng)的光學(xué)或微波傳感器比，本發(fā)明的 運行成本低廉。3、由于本發(fā)明GNSS-R技術(shù)的空間分辨率約為50m，在濕地監(jiān)測方面屬于中等空間 分辨率，適宜進行濕地監(jiān)測。4、由于本發(fā)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(fā)明的GNSS的反射信號卻可以探測到地球表面小區(qū)域的特性。同時GNSS反 射信號的強弱也是陸面干濕區(qū)域的指示信號，因此可以用來進行海岸、濕地和湖泊的遙感
4監(jiān)測。


本發(fā)明共有附圖2張，其中圖1是濕地微波遙感監(jiān)測系統(tǒng)組成示意圖。圖2是濕地微波遙感監(jiān)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、濕地；5、平臺控制系統(tǒng)； 6、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步地描述。如圖1-2所示，一種濕地微波遙感監(jiān) 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(jīng)地物表面散射后的包含地物信息的前向散射信號，然后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處 理分析系統(tǒng)6進行處理分析；基于GNSS-R技術(shù)的濕地微波遙感監(jiān)測系統(tǒng)，包括GNSS信號源 1、GNSS-R接收機2、移動平臺3、平臺控制系統(tǒng)5和數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)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、通過不受其他信號干擾的陸面固有傳輸波段與數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)6連接，所述的數(shù) 據(jù)處理分析系統(tǒng)6是安裝有濕地4微波遙感分析系統(tǒng)軟件的計算機，所述的平臺控制系統(tǒng)5 是安裝有移動平臺3運動控制程序的工控機、通過不受其他信號干擾的陸面固有傳輸波段 與移動平臺3連接，所述的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)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(wèi)星。具體的遙感監(jiān)測方法包括以下步驟A、獲取濕地4數(shù)據(jù)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(jīng)地物散射的前向散射信號Ss ；B、預(yù)處理由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)6對獲取的濕地4數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，消除干擾噪 聲；C、信號分析由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)6采用干涉圖法或者波形圖法對預(yù)處理后的濕 地4數(shù)據(jù)進行分析；D、影像形成由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)6將經(jīng)過信號分析后得到的數(shù)據(jù)形成遙感影 像；E、濕地4分類由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)6利用遙感影像圖對濕地4進行分類；F、專題圖形成由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)6將分類后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、濕地4專題圖確定將符合精度要求的專題圖確定為濕地4專題圖；I、專題圖輸出利用制圖儀將形成的濕地4專題圖輸出。本發(fā)明所述的干涉圖法包括以下步驟 Al、利用GNSS信號源1作用于地物表面的直射信號和反射信號，在GNSS-R接收機 2處產(chǎn)生干涉信號，并形成干涉圖； A2、利用干涉圖會隨著濕地4的干濕程度不同而呈現(xiàn)出不同變化的特性進行濕地4數(shù)據(jù)分析。本發(fā)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的強弱進行濕地4數(shù)據(jù)分析。
權(quán)利要求
一種濕地微波遙感監(jiān)測方法，其特征在于利用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(jīng)地物表面散射后的包含地物信息的前向散射信號，然后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)(6)進行處理分析，具體方法包括以下步驟A、獲取濕地(4)數(shù)據(jù)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(jīng)地物散射的前向散射信號Ss；B、預(yù)處理由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)(6)對獲取的濕地(4)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，消除干擾噪聲；C、信號分析由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)(6)采用干涉圖法或者波形圖法對預(yù)處理后的濕地(4)數(shù)據(jù)進行分析；D、影像形成由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)(6)將經(jīng)過信號分析后得到的數(shù)據(jù)形成遙感影像；E、濕地(4)分類由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)(6)利用遙感影像圖對濕地(4)進行分類；F、專題圖形成由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)(6)將分類后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、濕地(4)專題圖確定將符合精度要求的專題圖確定為濕地(4)專題圖；I、專題圖輸出利用制圖儀將形成的濕地(4)專題圖輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濕地微波遙感監(jiān)測方法，其特征在于所述的干涉圖法 包括以下步驟Al、利用GNSS信號源(1)作用于地物表面的直射信號和反射信號，在GNSS-R接收機 (2)處產(chǎn)生干涉信號，并形成干涉圖；A2、利用干涉圖會隨著濕地(4)的干濕程度不同而呈現(xiàn)出不同變化的特性進行濕地 (4)數(shù)據(jù)分析。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濕地微波遙感監(jiān)測方法，其特征在于所述的波形圖法 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濕地(4)數(shù)據(jù)分析。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種濕地微波遙感監(jiān)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(jīng)地物表面散射后的包含地物信息的前向散射信號，然后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)進行處理分析。由于本發(fā)明的GNSS-R接收機接收的GNSS信號源是若干個導(dǎo)航衛(wèi)星群的集合，GNSS信號源可以源源不斷的提供長期穩(wěn)定的無償L波段信號，因此，在進行濕地監(jiān)測時，可以不受雨霧、光照影響，全天時全天候的進行工作。由于本發(fā)明的GNSS-R接收機體積小、重量輕、功耗低、價格便宜，與傳統(tǒng)的光學(xué)或微波傳感器比，本發(fā)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(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者吳學(xué)睿, 李穎 申請人:大連海事大學(xué)