專利名稱：一種微波遙感土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，特別是一種微波遙感土壤水分監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
水文學(xué)、氣象學(xué)以及農(nóng)業(yè)科學(xué)研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要參數(shù)指標(biāo)就是土壤水分，土 壤水分在當(dāng)今農(nóng)業(yè)發(fā)展中也起到了非常重要的作用。大范圍的土壤水分監(jiān)測(cè)與反演是農(nóng)業(yè) 研究和生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的重要組成部分。區(qū)域或全球范圍的土壤水環(huán)境反演是陸面過(guò)程模式 研究中必不可少的參數(shù)之一。因而，土壤水分遙感監(jiān)測(cè)和反演是當(dāng)今科學(xué)研究的重要課題。微波遙感可以分為主動(dòng)微波遙感和被動(dòng)微波遙感兩種。被動(dòng)微波遙感監(jiān)測(cè)土壤 水分，主要依賴于用微波輻射計(jì)對(duì)土壤本身的微波發(fā)射或亮度溫度進(jìn)行測(cè)量。研究表明 微波輻射測(cè)量土壤濕度的有效采樣深度約為2至5厘米，且選較長(zhǎng)波長(zhǎng)更為有利，波長(zhǎng)為 21cm的L波段最佳。歐空局的土壤水分和海洋鹽度計(jì)劃SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity)的主要目的是監(jiān)測(cè)土壤水分和海洋鹽度。SMOS衛(wèi)星的有效負(fù)載是基于孔徑綜合 技術(shù)的微波成像儀 MIRAS (Microwave Imaging Radiometer by Aperture Synthesis)，一 個(gè)L-波段、二維、雙極化的被動(dòng)微波干涉輻射計(jì)，該傳感器可以提供0到55°多角度全球范 圍的觀測(cè)，因而為全球范圍的土壤水分反演提供了有效手段。SMOS的像元分辨率在30 50km，結(jié)合同化模型，這一星載數(shù)據(jù)將空前提高土壤水分的空間分辨率，SMOS對(duì)土壤水分的 監(jiān)測(cè)精度是0. 4m3/m3，在進(jìn)行大尺度的土壤水分反演算法后，需要小尺度實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)進(jìn)行 模型精度的評(píng)價(jià)以及反演算法的驗(yàn)證。而現(xiàn)有的小尺度實(shí)時(shí)同步驗(yàn)證方法的主要的手段是將相應(yīng)的微波傳感器安裝在 地基或無(wú)人機(jī)等機(jī)載遙感平臺(tái)上，由于傳感器造價(jià)昂貴，造成人力和財(cái)力的浪費(fèi)。因此，針對(duì)SMOS衛(wèi)星的土壤水分監(jiān)測(cè)技術(shù)，還需要一種便捷、高效、成本低的地面 同步驗(yàn)證手段。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)上存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型要提出一種低成本、多尺度、主被動(dòng)結(jié) 合的微波遙感土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種微波遙感土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括SMOS衛(wèi)星、地面衛(wèi)星接收站和數(shù)據(jù)處理系 統(tǒng)，所述的SMOS衛(wèi)星通過(guò)L波段微波信號(hào)與地面衛(wèi)星接收站連接，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通 過(guò)信號(hào)電纜與地面衛(wèi)星接收站連接，所述的系統(tǒng)還包括GNSS信號(hào)源、GNSS-R接收機(jī)、移動(dòng) 平臺(tái)和平臺(tái)控制系統(tǒng)，所述的GNSS信號(hào)源通過(guò)L波段微波信號(hào)與GNSS-R接收機(jī)連接，所述 的GNSS-R接收機(jī)安裝在移動(dòng)平臺(tái)上、通過(guò)不受其他信號(hào)干擾的陸面固有傳輸波段與數(shù)據(jù) 分析處理系統(tǒng)連接，所述的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)是安裝有微波遙感土壤水分分析系統(tǒng)軟件的 計(jì)算機(jī)，所述的平臺(tái)控制系統(tǒng)是安裝有移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制程序的工控機(jī)、通過(guò)不受其他信號(hào)干擾的陸面固有傳輸波段與移動(dòng)平臺(tái)連接，所述的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)連接。本實(shí)用新型所述的移動(dòng)平臺(tái)為地面遙感平臺(tái)、機(jī)載遙感平臺(tái)或低軌衛(wèi)星。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果1、由于本實(shí)用新型應(yīng)用了全球?qū)Ш叫l(wèi)星的反射信號(hào)GNSS-lUGlobalNavigation Satellite System-Reflection)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)對(duì)于50m半徑的小尺度上，可以獲取地表 0 5cm厚的土壤水分信息，基本與SMOS技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)相同，而且也工作在適宜土壤水分 監(jiān)測(cè)和反演的L波段；GNSS-R的工作模式屬于收發(fā)分置的雙基地模型，信號(hào)源由GNSS導(dǎo)航 衛(wèi)星群提供無(wú)償穩(wěn)定的來(lái)源，因此GNSS-R接收機(jī)體積小、重量輕。因此利用GNSS-R微波遙 感技術(shù)對(duì)SMOS技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行地面校驗(yàn)是一種成本低廉、使用便利的有效手段，可以 方便地將GNSS-R獲得的地面實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)應(yīng)用在被動(dòng)微波傳感器SMOS 土壤水分模型的精 度評(píng)價(jià)和反演算法的驗(yàn)證上。2、由于星載SMOS技術(shù)可以獲取大尺度上的土壤水分信息，而GNSS-R技術(shù)可以獲 取較小尺度上的信息，二者相互結(jié)合，在進(jìn)行大尺度的土壤水分反演算法后，需要小尺度實(shí) 時(shí)同步數(shù)據(jù)進(jìn)行模型精度的評(píng)價(jià)以及反演算法的驗(yàn)證，利用GNSS-R數(shù)據(jù)對(duì)SMOS數(shù)據(jù)進(jìn)行 土壤水分反演算法的驗(yàn)證，并修正反演算法，從而可以提高反演算精度，進(jìn)而大大提高和改 善水文和氣象模型的預(yù)報(bào)精度，并為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和災(zāi)害監(jiān)測(cè)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。3、由于本實(shí)用新型利用SMOS技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)與GNSS-R技術(shù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合，可 以同時(shí)獲取可信、多尺度的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理分析，實(shí)現(xiàn)了主被動(dòng)結(jié)合的微波遙 感土壤水分監(jiān)測(cè)，對(duì)建立更加準(zhǔn)確的陸面、大氣模式而言具有積極而重要的作用。

本實(shí)用新型共有附圖2張，其中圖1是GNSS-R遙感原理圖。圖2是微波遙感土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成示意圖。圖中1、GNSS信號(hào)源，2、GNSS-R接收機(jī)，3、移動(dòng)平臺(tái)，4、平臺(tái)控制系統(tǒng)，5、數(shù)據(jù)分 析處理系統(tǒng)，6、土壤，7、SMOS衛(wèi)星，8、地面衛(wèi)星接收站，9、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步地描述。如圖1-2所示，一種微波遙感土 壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括SMOS衛(wèi)星7、地面衛(wèi)星接收站8和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9，所述的SMOS衛(wèi)星 7通過(guò)L波段微波信號(hào)與地面衛(wèi)星接收站8連接，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9通過(guò)信號(hào)電纜與地 面衛(wèi)星接收站8連接，所述的系統(tǒng)還包括GNSS信號(hào)源1、GNSS-R接收機(jī)2、移動(dòng)平臺(tái)3和平 臺(tái)控制系統(tǒng)4，所述的GNSS信號(hào)源1通過(guò)L波段微波信號(hào)與GNSS-R接收機(jī)2連接，所述的 GNSS-R接收機(jī)2安裝在移動(dòng)平臺(tái)3上、通過(guò)不受其他信號(hào)干擾的陸面固有傳輸波段與數(shù)據(jù) 分析處理系統(tǒng)5連接，所述的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)5是安裝有微波遙感土壤6水分分析系統(tǒng) 軟件的計(jì)算機(jī)，所述的平臺(tái)控制系統(tǒng)4是安裝有移動(dòng)平臺(tái)3運(yùn)動(dòng)控制程序的工控機(jī)、通過(guò)不 受其他信號(hào)干擾的陸面固有傳輸波段與移動(dòng)平臺(tái)3連接，所述的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)5通過(guò) 數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9連接。所述的移動(dòng)平臺(tái)3為地面遙感平臺(tái)、機(jī)載遙感平臺(tái)或低軌
4衛(wèi)星。本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟A、SM0S衛(wèi)星7被動(dòng)接收地表發(fā)射的L波段微波信號(hào)、并將信號(hào)數(shù)據(jù)傳給地面衛(wèi)星 接收站8，并通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9進(jìn)行處理并同步傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)5 ；B、GNSS信號(hào)源1提供L波段微波信號(hào)，GNSS-R接收機(jī)2接收GNSS直射信號(hào)及經(jīng) 地面反射后的包含地物信息的前向散射信號(hào)，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)5 ；C、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)5將從GNSS-R接收機(jī)2獲取的小尺度目標(biāo)區(qū)域的土壤6水 分信息和從數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9獲取的大尺度的土壤6水分信息進(jìn)行實(shí)時(shí)同步處理，對(duì)土壤6 水分信息進(jìn)行精度評(píng)價(jià)以及反演算法的驗(yàn)證。
權(quán)利要求一種微波遙感土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括SMOS衛(wèi)星(7)、地面衛(wèi)星接收站(8)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(9)，所述的SMOS衛(wèi)星(7)通過(guò)L波段微波信號(hào)與地面衛(wèi)星接收站(8)連接，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(9)通過(guò)信號(hào)電纜與地面衛(wèi)星接收站(8)連接，其特征在于所述的系統(tǒng)還包括GNSS信號(hào)源(1)、GNSS R接收機(jī)(2)、移動(dòng)平臺(tái)(3)和平臺(tái)控制系統(tǒng)(4)，所述的GNSS信號(hào)源(1)通過(guò)L波段微波信號(hào)與GNSS R接收機(jī)(2)連接，所述的GNSS R接收機(jī)(2)安裝在移動(dòng)平臺(tái)(3)上、通過(guò)不受其他信號(hào)干擾的陸面固有傳輸波段與數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)(5)連接，所述的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)(5)是安裝有微波遙感土壤(6)水分分析系統(tǒng)軟件的計(jì)算機(jī)，所述的平臺(tái)控制系統(tǒng)(4)是安裝有移動(dòng)平臺(tái)(3)運(yùn)動(dòng)控制程序的工控機(jī)、通過(guò)不受其他信號(hào)干擾的陸面固有傳輸波段與移動(dòng)平臺(tái)(3)連接，所述的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)(5)通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(9)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波遙感土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的移動(dòng) 平臺(tái)(3)為地面遙感平臺(tái)、機(jī)載遙感平臺(tái)或低軌衛(wèi)星。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種微波遙感土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括SMOS衛(wèi)星、地面衛(wèi)星接收站和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、GNSS信號(hào)源、GNSS-R接收機(jī)、移動(dòng)平臺(tái)和平臺(tái)控制系統(tǒng)。SMOS衛(wèi)星被動(dòng)接收地表發(fā)射的L波段微波信號(hào)、并通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，GNSS-R接收機(jī)接收GNSS直射信號(hào)及經(jīng)地面反射后的包含地物信息的前向散射信號(hào)、并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)對(duì)土壤水分信息進(jìn)行精度評(píng)價(jià)以及反演算法的驗(yàn)證。本實(shí)用新型將GNSS-R獲得的地面實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)應(yīng)用在被動(dòng)微波傳感器SMOS土壤水分模型的精度評(píng)價(jià)和反演算法的驗(yàn)證上，實(shí)現(xiàn)了多尺度、主被動(dòng)結(jié)合的微波遙感土壤水分監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01N22/04GK201754150SQ20102021870
公開(kāi)日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者吳學(xué)睿, 李穎 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)