一種通信衛星反射信號遙感監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種通信衛星反射信號遙感監測系統，該系統包括：連續發射多個不同工作波段的直射微波信號的通信衛星；遙感平臺；安裝在所述遙感平臺上的反射信號接收機，其接收所述多個不同工作波段的直射微波信號經地表反射后的反射微波信號，并根據所述不同工作波段對所述反射微波信號進行分離、放大、模數轉換和數字處理后，得到用于地物遙感監測的所述不同工作波段下的一維功率波形圖；以及安裝在所述反射信號接收機頂端的鋁板。本實用新型由于通信衛星為靜止軌道衛星，因此觀測幾何不隨時間變化，從而可以克服GNSS-R的觀測幾何變化的缺點，而且由于本實用新型中的通信衛星提供的工作波段較多，因此，可以使用在多個不同的應用領域。
【專利說明】一種通信衛星反射信號遙感監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種通信衛星反射信號遙感監測系統。
【背景技術】
[0002]光學、紅外和微波遙感是對地觀測的主要遙感手段，其相應的傳感器分別工作在可見光、紅外和微波波段。但是這些遙感手段存在各自的局限性，簡單總結如下:光學和紅外遙感受限于天氣狀況，不能全天時全天候工作；微波遙感克服了這一缺點，SAR空間分辨率高，但時間分辨率無法滿足實時監測的需求，且成本較高，而且被動微波遙感還會受到較低空間分辨率的限制。
[0003]新興的全球導航衛星系統反射信號GNSS-R (Global Navigation SatelliteSystem — Reflection)遙感技術是利用導航衛星的反射信號對地物進行遙感。與現有的散射計、雷達高度計、合成孔徑雷達等海洋、陸面微波遙感手段相比，導航衛星群GNSS可以源源不斷的提供L波段的信號，而不需要研制專門的發射機，GNSS-R的一臺接收機可以同時接收視場中的多個衛星信號，在遙感探測機理方面屬于雙站/多站雷達模式，這種工作模式可以大大提高時空分辨率；同時，由于工作在穿透性較強的L波段，所以可以全天時全天候的監測。另外，GNSS-R接收機屬于被動接收，本身不需要發射信號，所以體積和重量都很小，所需要的功耗也小，因此，在地物監測上具有便捷、靈活的特點。GNSS導航衛星將在未來幾十年為人類提供精確、無償的探測信號，且該探測信號具有長期的穩定性，因此，該項技術為監測地物、分析地物變化規律等提供了非常理想的手段。
[0004]如圖1所示，現有技術中的GNSS-R遙感系統基本包括多個GNSS衛星I’以及一個GNSS-R接收機2’，其中 ，各個GNSS衛星I’源源不斷的發射L波段直射信號，經地表反射后，被專門的GNSS-R接收機2’所接收，形成雙站/多站雷達工作模式。然而，這種GNSS-R遙感系統的一個特點是不斷變化的觀測幾何，而且其工作波段只有L波段，使其在其遙感應用上受到限制。由此可見現有的GNSS-R遙感系統仍無法完全滿足監測需要。
[0005]通信衛星(communications satellite)是用作無線電通信中繼站的人造地球衛星，通信衛星用于轉發無線電信號，以實現衛星通信地球站之間或地球站與航天器間的通?目。
[0006]中國的通信衛星主要有:
[0007]東方紅:東方紅一號衛星、東方紅二號衛星、東方紅三號衛星、東方紅四號衛星；
[0008]鑫諾:鑫諾一號、鑫諾二號、鑫諾三號、鑫諾四號、鑫諾五號、鑫諾六號；
[0009]中星:中星5Α、中星6Β、中星8號、中星9號、中星10號、中星11號；
[0010]亞太:亞太2R、亞太五號衛星、亞太六號衛星、亞太七號衛星；
[0011]其中，“鑫諾六號”通信廣播衛星裝載有24個C頻段轉發器、8個Ku頻段轉發器和I個S頻段轉發器，衛星波束可覆蓋包括中國全境的亞太地區及部分周邊國家和地區，因此，相比于GNSS衛星，“鑫諾六號”的功率更高、容量更大、信號覆蓋范圍更廣。
[0012]由于通信衛星工作在多個微波波段(C、Ku和S波段)，且信號功率更大，因此可以成為有效的微波發射源，目前只利用了通信衛星的直射信號，而其直射信號經地物反射的反射信息卻沒有被利用過，因此，鑒于與GNSS-R遙感原理相似，可以研發一種將通信衛星作為有效發射源的通信衛星反射信號遙感監測系統，以提供更多的工作波段。
實用新型內容
[0013]為了解決上述現有技術存在的問題，本實用新型旨在提供一種通信衛星反射信號遙感監測系統，以克服觀測幾何變化的缺點，并提供多種工作波段，以滿足監測要求。
[0014]本實用新型所述的一種通信衛星反射信號遙感監測系統，包括:
[0015]連續發射多個不同工作波段的直射微波信號的通信衛星；
[0016]遙感平臺；
[0017]安裝在所述遙感平臺上的反射信號接收機，其接收所述多個不同工作波段的直射微波信號經地表反射后的反射微波信號，并根據所述不同工作波段對所述反射微波信號進行分離、放大、模數轉換和數字處理后，得到用于地物遙感監測的所述不同工作波段下的一維功率波形圖；以及
[0018]安裝在所述反射信號接收機頂端的鋁板，其對直接接收到的所述直射微波信號進行反射，并將從所述地表直接接收到的所述反射微波信號傳輸至所述反射信號接收機。
[0019]在上述的通信衛星反射信號遙感監測系統中，所述反射信號接收機包括:
[0020]多個分別接收所述不同工作波段下的反射微波信號的天線模塊；
[0021]多個分別與所述天線模塊連接的射頻前端模塊，每個所述射頻前端模塊接收相應的所述天線模塊輸出的所述反射微波信號，并對該反射微波信號進行放大濾波后輸出相應的射頻信號；
[0022]多個分別與所述射頻前端模塊連接的多通道射頻接收模塊，每個所述多通道射頻接收模塊對相應的所述射頻信號進行放大濾波后輸出相應的中頻信號；
[0023]多個分別與所述多通道射頻接收模塊連接的高速A/D模塊，每個所述高速A/D模塊對相應的所述中頻信號進行模數轉換后輸出相應的采樣信號；
[0024]多個分別與所述高速A/D模塊連接的數字處理模塊，每個所述數字處理模塊對相應的所述采樣信號進行數字處理后輸出相應的原始采樣數據；以及
[0025]多個分別與所述數字處理模塊連接的波形成形模塊，每個所述波形成形模塊根據相應的原始采樣數據形成所述不同工作波段下的一維功率波形圖。
[0026]在上述的通信衛星反射信號遙感監測系統中，每個所述天線模塊包括分別用于接收所述反射微波信號中的水平極化子信號和垂直極化子信號的水平極化天線和垂直極化天線。
[0027]在上述的通信衛星反射信號遙感監測系統中，每個所述射頻前端模塊包括依次連接的:
[0028]發射通路單元，其用于對所述反射微波信號進行功率放大和濾波；以及
[0029]接收通路單元，其用于對已經過功率放大和濾波的所述反射微波信號進行低噪音放大和再次濾波，并輸出所述射頻信號。
[0030]在上述的通信衛星反射信號遙感監測系統中，所述發射通路單元包括依次連接的功率放大器和第一濾波器。[0031]在上述的通信衛星反射信號遙感監測系統中，所述接收通路單元包括依次連接的低噪音放大器和第二濾波器。
[0032]在上述的通信衛星反射信號遙感監測系統中，所述數字處理模塊包括相連的DSP(數字信號處理)芯片和FPGA (現場可編程門陣列)芯片。
[0033]在上述的通信衛星反射信號遙感監測系統中，所述鋁板通過一支架安裝在所述反射信號接收機的頂端。
[0034]由于采用了上述的技術解決方案，本實用新型利用現有的通信衛星發射的微波信號作為信號源，該信號經地表反射后被反射信號接收機所接收，從而實現對地遙感監測。與現有的GNSS-R遙感監測方式不同的是，由于通信衛星為靜止軌道衛星，因此觀測幾何不隨時間變化，從而可以克服GNSS-R的觀測幾何變化的缺點，而且相較于僅提供L波段的GNSS-R遙感系統而言，本實用新型中的通信衛星(如鑫諾六號)提供的工作波段較多(如C波段、Ku波段和S波段)，而對于不同的工作波段，對土壤水分、植被、積雪等地物參數探測的能力不同，因此，本實用新型可以使用在多個不同的應用領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1是現有技術中的GNSS-R遙感系統的結構示意圖；
[0036]圖2是本實用新型的一種通信衛星反射信號遙感監測系統的結構示意圖；
[0037]圖3是本實用新型的一種通信衛星反射信號遙感監測系統中的反射信號接收機的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖，給出本實用新型的較佳實施例，并予以詳細描述。
[0039]如圖2、3所示，本實用新型，即一種通信衛星反射信號遙感監測系統，包括:
[0040]連續發射多個不同工作波段的直射微波信號的通信衛星I ;
[0041]遙感平臺2 ;
[0042]安裝在遙感平臺2上的反射信號接收機3，其接收多個不同工作波段的直射微波信號經地表反射后的反射微波信號，并根據不同工作波段對反射微波信號進行分離、放大、模數轉換和數字處理后，得到用于地物遙感監測的不同工作波段下的一維功率波形圖；以及
[0043]通過支架5安裝在反射信號接收機3頂端的鋁板4，其對直接接收到的直射微波信號進行反射，并將從地表直接接收到的反射微波信號傳輸至反射信號接收機3。
[0044]本實用新型中的反射信號接收機3具體包括:
[0045]多個分別接收不同工作波段下的反射微波信號的天線模塊31;具體來說，每個天線模塊31包括分別用于接收反射微波信號中的水平(H)極化子信號和垂直(V)極化子信號的水平極化天線311和垂直極化天線312 ；
[0046]多個分別與天線模塊31連接的射頻前端模塊32(射頻前端模塊32靠近天線模塊31)，每個射頻前端模塊32接收相應的天線模塊31輸出的反射微波信號，并對該反射微波信號進行放大濾波后輸出相應的射頻信號；具體來說，每個射頻前端模塊32包括依次連接的:發射通路單元321，其包括依次連接的功率放大器3211和第一濾波器3212，以用于對反射微波信號進行功率放大和濾波；以及接收通路單元322，其包括依次連接的低噪音放大器3221 (LNA)和第二濾波器3222，以用于對已經過功率放大和濾波的反射微波信號進行低噪音放大和再次濾波，從而保證可以有效地向下級電路傳輸有用的射頻信號；
[0047]多個分別與射頻前端模塊32連接的多通道射頻接收模塊33，每個多通道射頻接收模塊33對相應的射頻信號進行放大濾波后輸出相應的中頻信號；
[0048]多個分別與多通道射頻接收模塊33連接的高速A/D模塊34，每個高速A/D模塊34對相應的中頻信號進行模數轉換后輸出相應的采樣信號；
[0049]多個分別與高速A/D模塊34連接的數字處理模塊35，每個數字處理模塊35對相應的采樣信號進行數字處理后輸出相應的原始采樣數據；具體來說，每個數字處理模塊35包括相連的DSP芯片351和FPGA芯片352 ;以及
[0050]多個分別與數字處理模塊35連接的波形成形模塊36，每個波形成形模塊36根據相應的原始采樣數據形成不同工作波段下的一維功率波形圖；在本實施例中，該波形成形模塊36可采用現有技術中已有的硬件芯片實現。
[0051]上述通信衛星反射信號遙感監測系統的工作原理如下:
[0052]首先，通信衛星I連續發射多個不同工作波段的直射微波信號；
[0053]其次，鋁板4對直接接收到的直射微波信號進行反射，并將從地表直接接收到的多個不同工作波段的直射微波信號的反射微波信號傳輸至反射信號接收機3 ；
[0054]最后，反射信號接收機3接收多個不同工作波段的直射微波信號經地表反射后的反射微波信號，并根據不同工作波段對反射微波信號進行分離、放大、模數轉換和數字處理后，得到用于地物遙感監測的不同工作波段下的一維功率波形圖；具體來說，最后這步包括:
[0055]通過多個天線模塊31分別接收不同工作波段下的反射微波信號；
[0056]通過多個射頻前端模塊32分別對不同工作波段下的反射微波信號進行放大濾波，并輸出相應的射頻信號；
[0057]通過多個多通道射頻接收模塊33分別對相應的射頻信號進行放大濾波，并輸出相應的中頻信號；
[0058]通過多個高速A/D模塊34分別對相應的中頻信號進行模數轉換，并輸出相應的采樣信號;
[0059]通過多個數字處理模塊35分別對相應的采樣信號進行數字處理，并輸出相應的原始采樣數據；以及
[0060]通過多個波形成形模塊36分別根據相應的原始采樣數據形成不同工作波段下的一維功率波形圖。
[0061]下面以現有的“鑫諾六號”通信衛星為例，再次對本實用新型的工作原理進行說明。
[0062]“鑫諾六號”源源不斷地發射C波段、Ku波段和S波段下的直射微波信號，這些直射微波信號經地表反射后被搭載于遙感平臺2上的反射微波信號接收機3接收，系統中的鋁板4由于可以發生全反射，因此直接入射至鋁板4表面的直射微波信號會被完全反射，進而不會被反射信號接收機3所接收，同時，直射微波信號經地表反射后的反射微波信號如果被鋁板4直接接收到，則也可以經鋁板4反射后被反射信號接收機3所接收，從而確保了反射信號接收機3僅接收經地表反射的反射微波信號，而不會接收直射微波信號。反射信號接收機3通過三個天線模塊31可以同時接收到“鑫諾六號”的C、Ku和S波段的反射微波信號，并在接收到反射微波信號后，通過反射信號接收機3中的其他模塊將三種工作波段下的反射微波信號進行分離、放大、模數轉換和數字處理后，得到C波段、Ku波段和S波段的一維功率波形圖，最后利用這些功率波形圖即可進行地物遙感監測。
[0063]綜上所述，本實用新型具有以下有益效果:
[0064]1、本實用新型將現有的通信衛星發射的信號作為發射源，采用專門的反射信號接收機對通信衛星的反射信號進行接收；與現有的微波輻射計和雷達等微波傳感器相比，該種遙感監測系統成本低、功耗小、操作簡單、機動靈活；
[0065]2、與現有的GNSS-R接收機相比，由于通信衛星為靜止軌道衛星，因此采用本實用新型的反射信號接收機所形成的遙感系統觀測幾何固定，克服了 GNSS-R遙感監測系統的觀測幾何不斷變化的缺點；
[0066]3、與現有的GNSS-R遙感監測系統的L波段相比，本實用新型的遙感監測系統的工作波段較多(例如包括C、Ku和S波段等通信衛星的微波波段)，因此，可以應用在多種不同的領域中，實現對多種地物參數的探測。
[0067]以上所述的，僅為本實用新型的較佳實施例，并非用以限定本實用新型的范圍，本實用新型的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據本實用新型申請的權利要求書及說明書內容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本實用新型專利的權利要求保護范圍。本實用新型未詳盡描述的均為常規技術內容。
【權利要求】
1.一種通信衛星反射信號遙感監測系統，其特征在于，所述系統包括: 連續發射多個不同工作波段的直射微波信號的通信衛星； 遙感平臺； 安裝在所述遙感平臺上的反射信號接收機，其接收所述多個不同工作波段的直射微波信號經地表反射后的反射微波信號，并根據所述不同工作波段對所述反射微波信號進行分離、放大、模數轉換和數字處理后，得到用于地物遙感監測的所述不同工作波段下的一維功率波形圖；以及 安裝在所述反射信號接收機頂端的鋁板，其對直接接收到的所述直射微波信號進行反射，并將從所述地表直接接收到的所述反射微波信號傳輸至所述反射信號接收機。
2.根據權利要求1所述的通信衛星反射信號遙感監測系統，其特征在于，所述反射信號接收機包括: 多個分別接收所述不同工作波段下的反射微波信號的天線模塊； 多個分別與所述天線模塊連接的射頻前端模塊，每個所述射頻前端模塊接收相應的所述天線模塊輸出的所述反射微波信號，并對該反射微波信號進行放大濾波后輸出相應的射頻信號； 多個分別與所述射頻前端模塊連接的多通道射頻接收模塊，每個所述多通道射頻接收模塊對相應的所述射頻信號進行放大濾波后輸出相應的中頻信號； 多個分別與所述多通道射頻接收模塊連接的高速A/D模塊，每個所述高速A/D模塊對相應的所述中頻信號進行模數轉換后輸出相應的采樣信號； 多個分別與所述高速A/D模塊連接的數字處理模塊，每個所述數字處理模塊對相應的所述采樣信號進行數字處理后輸出相應的原始采樣數據；以及 多個分別與所述數字處理模塊連接的波形成形模塊，每個所述波形成形模塊根據相應的原始采樣數據形成所述不同工作波段下的一維功率波形圖。
3.根據權利要求2所述的通信衛星反射信號遙感監測系統，其特征在于，每個所述天線模塊包括分別用于接收所述反射微波信號中的水平極化子信號和垂直極化子信號的水平極化天線和垂直極化天線。
4.根據權利要求2所述的通信衛星反射信號遙感監測系統，其特征在于，每個所述射頻前端模塊包括依次連接的: 發射通路單元，其用于對所述反射微波信號進行功率放大和濾波；以及 接收通路單元，其用于對已經過功率放大和濾波的所述反射微波信號進行低噪音放大和再次濾波，并輸出所述射頻信號。
5.根據權利要求4所述的通信衛星反射信號遙感監測系統，其特征在于，所述發射通路單元包括依次連接的功率放大器和第一濾波器。
6.根據權利要求4或5所述的通信衛星反射信號遙感監測系統，其特征在于，所述接收通路單元包括依次連接的低噪音放大器和第二濾波器。
7.根據權利要求2所述的通信衛星反射信號遙感監測系統，其特征在于，所述數字處理模塊包括相連的DSP芯片和FPGA芯片。
8.根據權利要求1或2所述的通信衛星反射信號遙感監測系統，其特征在于，所述鋁板通過一支架安裝在所述反射信號接收機的頂端。
【文檔編號】G01S13/88GK203465419SQ201320543120
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月2日 優先權日:2013年9月2日
【發明者】吳學睿, 金雙根 申請人:中國科學院上海天文臺