水污染微波主被动复合探测方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种水污染微波主被动复合探测方法及装置。方法包括如下步骤：(10)系统初始化，(20)主动扫描，(30)被动扫描，(40)目标特性确定，(50)目标分布确定和(60)实时监测。装置包括天线系统(1)、X波段雷达发射机(2)、环流器(3)、X波段雷达接收机(4)、主被动开关(5)、Ka波段辐射计接收机(6)、调制器(7)、信息产生与采集系统(8)；所述天线系统(1)通过环流器(3)分别与X波段雷达发射机(2)和X波段雷达接收机(4)相连，Ka波段辐射计接收机(6)与天线系统(1)直接相连。本发明专利技术水污染微波主被动复合探测方法及装置,电磁兼容好、相互干扰小、能共用平台同时工作。

Microwave passive detection method and device for water pollution detection

The invention discloses a microwave active and passive composite detection method and device for water pollution. The method includes the following steps: (10) system initialization, (20) active scanning, (30) passive scanning, (40) target characterization, (50) target distribution and (60) real-time monitoring. The device includes an antenna system (1), a X band radar transmitter (2), a circulator (3), a X band radar receiver (4), a primary and passive switch (5), a Ka band radiometer receiver (6), a modulator (7), an information generation and acquisition system (8), and the antenna system (1) is received by the circulation (3) with the X band radar transmitter (2) and X band radar respectively. The Ka band radiometer receiver (6) is directly connected to the antenna system (1). (4). The invention is a microwave active and passive composite detection method and device for water pollution. The electromagnetic compatibility is good, the interference is small, and the platform can work at the same time.

【技术实现步骤摘要】
水污染微波主被动复合探测方法与装置
本专利技术属于水污染监测
，特别是一种电磁兼容好，相互干扰小，能共用平台同时工作的水污染微波主被动复合探测方法与装置。
技术介绍
随着环境保护和可持续发展的要求，对水域进行实时高分辨率检测的需求越来越迫切。由于遥感技术具有实时性好、可以长时间不间断检测等优势，越来越多的应用于水污染检测领域。由于水面植被既会造成水污染，亦可用于治理水污染，所以水面植被是水污染物中的重要研究对象。通过遥感方式对水污染区域的进行监测，可以有效地分析出被污染水域的污染程度，微波遥感中的两种重要的探测设备为雷达和辐射计系统。雷达探测技术是上个世纪50年代发展起来的，由于雷达具有全天候、全天时、远距离测带，以及易于从固定背景中区分运动目标的能力，雷达成像技术受到广泛重视。雷达成像技术应用最广的方面是合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，简称SAR)。当前，机载和星载SAR的应用已十分广泛，已可得到亚米级的分辨率，场景图像的质量可与同类用途的光学图像相媲美。利用SAR的高分辨能力，并结合其它雷达技术，SAR还可完成场景的高程测量，以及在场景中显示地面运动目标。雷达平台相对于固定地面运动形成合成孔径，实现SAR成像。反过来，若雷达平台固定，而目标运动，则以目标为基准，雷达在发射信号过程中，也等效地反向运动而形成阵列，据此也可对目标成像，通称为逆合成孔径雷达(ISAR)。除了上述主动雷达可以获取的散射信息，微波辐射计可以获取目标的辐射信息。由于物体内大量原子、分子的电磁辐射以非相干的方式叠加，形成物体的电磁辐射。物体电磁辐射具有非相干的特点，其频谱非常宽，扩展到整个电磁波段，具有“似噪”的特点(白噪声)。从能量转换的角度看，物体中带电粒子热运动的能量转变为了辐射能，所有物体在温度高于绝对零度(0K)时都会辐射电磁能(电磁波)，因此物体的电磁辐射亦称为热辐射。被动微波探测系统在实现探测及成像时需要根据具体应用考虑其空间分辨率、温度灵敏度、积分时间、扫描速度等几个方面的技术指标。进入21世纪后，除了欧空局星载MIRAS遥感应用外，国外安检毫米波成像方面也得到了快速的发展，美国几家公司已相继研制出了多种毫米波成像系统，如Trex、TRW、LockheedMartin、Millivision、L-3Communications等，同时英国的QinetiQ、ThruVision、Andrews等公司也有相关的成像系统报道。根据统计，地球上40％～60％的地区经常被云层所覆盖，特别是在占地球表面3/5的水面上，气候变化很大，常常被云层遮蔽。在这种情况下，利用可见光或红外遥感来进行观测有一定难度，但是微波遥感受气候影响较小，可以穿透云层以及雾气，且不依赖于太阳作照明源，可以全天时全天候的进行检测水体，在检测水体方面，有一定优势。另外，微波波段的倍频程，即最长与最短工作波长之比，大于实际使用的最长红外波长与最短可见波长之比，这一特点使微波遥感能得到更多信息，更容易识别地面目标。由于微波遥感的上述优点，逐渐成为未来发展的一个趋势。微波同频式主被动复合阵列探测系统主要指各通道的工作频率相同，在计算机控制下，系统工作于主动工作状态时，毫米波照射源开通，照射源经天线毫米波中间馈源和天线聚焦系统向目标发射毫米波功率，经目标反射的毫米波信号中含有探测器与目标之间的距离信息和目标的特征信息。回波经天线进入阵列接收机，接收机输出经计算机分析和处理，获得主动状态下目标的特征信息。系统工作于被动状态时，发射源关闭，目标的毫米波辐射信号经阵列天线进入阵列辐射计。辐射计输出经计算机处理获得目标毫米波辐射特征信息。毫米波频分式主被动复合探测系统是按工作频率不同将主动和被动通道分开。通常频分式主被动复合系统比时分式主被动复合系统的成本高。随着毫米波宽带低噪声器件的发展，宽频带的高分辨雷达及超宽频带的高灵敏度毫米波辐射计已达到实用水平，主动和被动通道射频前端之间的工作频率间隔不断加大。对于结构紧凑、成本较低、作用距离较近的近程主被动复合系统，应进一步优化工作带宽，使系统既满足主被动兼容，又达到实际应用功能要求。水污染遥感监测具有快速、宏观、实时的特点,其数据能直观反映水污染在区域上的分布情况，是对大面积水域的污染情况进行监测的有效途径。但是国内对水污染微波遥感监测技术只停留在主动微波研究阶段，在实际监测中应用中通常采用被动光学、红外探测器与主动雷达相复合应用，极少将被动工作的微波辐射计引入到水污染遥感探测中，尤其是没有在同一飞行及运载平台下对水污染的目标区域进行探测。主动和被动微波复合探测技术各是一种获得场景和目标的毫米波辐射、散射信息的主要手段，但由于系统的复杂使得主动雷达系统与被动辐射计探测系统通常是各自独立工作，即使是用于军事领域的主被动探测器通常主动被动探测器不同时工作。因此如能将主动雷达散射信息和被动辐射计探测系统通过部分器部件的共用，就可以大大拓宽获取的目标信息，如可以获得距离、散射、辐射及多普勒等有用信息。毫米波频分式主被动复合探测系统是按工作频率不同将主动和被动通道分开。在主被动通道同时工作，探测同一目标的状态下，尽量减小主被动之间的干扰，提高毫米波主被动系统内部的电磁兼容能力。通常频分式主被动复合系统比时分式主被动复合系统的成本高。为尽量降低频分复合系统的成本，减小系统尺寸，可将频分式主被动复合探测系统分为射频频分式、中频频分式和视频频分式三种。射频频分式主被动复合探测系统主要由主动和被动通道的射频前端工作频率差异来实现主动和被动的兼容。随着毫米波宽带低噪声器件的发展，宽频带的高分辨雷达及超宽频带的高灵敏度毫米波辐射计已达到实用水平，主动和被动通道射频前端之间的工作频率间隔不断加大。对于结构紧凑、成本较低、作用距离较近的近程主被动复合系统，应进一步优化工作带宽，使系统既满足主被动兼容，又达到实际应用功能要求。上述频分与时分主被动系统主要用于小型化应用，系统的工作时间较短，且获取的目标信息时间短较为单一，不适用于长时间的对水面监控遥感。现有微波水污染监测中存在的最大问题是相互干扰，尤其是辐射计的接收信号为微微瓦的量级，主动雷达的泄漏信号为微瓦以上量级，主动雷达和同波段的辐射计同一平台同时工作是无法解决的，解决电磁兼容的主要手段是分时和分频，对于需要满足能同时工作的主动被动系统只能用分频技术和谐波抑制来解决电磁兼容问题。总之，现有技术存在的问题是：用于水污染监测的主被动复合探测技术电磁不兼容，相互干扰大，不能共用平台同时工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种水污染微波主被动复合探测方法,电磁兼容好，相互干扰小，能共用平台同时工作。本专利技术的另一目的在于提供一种水污染微波主被动复合探测装置。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种水污染微波主被动复合探测方法，包括如下步骤：(10)系统初始化:系统上电联通，测试主动被动各模块工作性能是否正常，分别利用标准定标体对主动通道定标，利用标准高低温黑体，对被动通道进行温度定标；(20)主动扫描:探测平台采集存储水污染区域目标数据，主动信息中的距离信息和散射信息存入目标性质数据库；(30)被动扫描:主动扫描同时采集被动微波辐射亮温电压数值，经系统定标后转为天本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水污染微波主被动复合探测方法，其特征在于，包括如下步骤：(10)系统初始化:系统上电联通，测试主动被动各模块工作性能是否正常，分别利用标准定标体对主动通道定标，利用标准高低温黑体，对被动通道进行温度定标；(20)主动扫描:探测平台采集存储水污染区域目标数据，主动信息中的距离信息和散射信息存入目标性质数据库；(30)被动扫描:主动扫描同时采集被动微波辐射亮温电压数值，经系统定标后转为天线温度值，存入目标性质数据库，通过比对数据库得到探测区域内的目标材料、背景信息；(40)目标特性确定:根据主动定标数据和被动定标数据，由主动扫描和被动扫描数据，计算目标几何特性、目标探测距离，并将其与目标的主动定标和被动辐射定标曲线比较，确定目标的散射特性和辐射特性；(50)目标分布确定:根据扫描平台运动方式和数据插值，实现拟合成像，利用无源毫米波辐射遥感图像特征描述、提取与识别方法，获取目标的周长面积、中心点信息；(60)实时监测:综合目标特性和目标分布，实现对水污染目标的性质类别、几何特征、中心点信息的实时监测。

【技术特征摘要】
1.一种水污染微波主被动复合探测方法，其特征在于，包括如下步骤：(10)系统初始化:系统上电联通，测试主动被动各模块工作性能是否正常，分别利用标准定标体对主动通道定标，利用标准高低温黑体，对被动通道进行温度定标；(20)主动扫描:探测平台采集存储水污染区域目标数据，主动信息中的距离信息和散射信息存入目标性质数据库；(30)被动扫描:主动扫描同时采集被动微波辐射亮温电压数值，经系统定标后转为天线温度值，存入目标性质数据库，通过比对数据库得到探测区域内的目标材料、背景信息；(40)目标特性确定:根据主动定标数据和被动定标数据，由主动扫描和被动扫描数据，计算目标几何特性、目标探测距离，并将其与目标的主动定标和被动辐射定标曲线比较，确定目标的散射特性和辐射特性；(50)目标分布确定:根据扫描平台运动方式和数据插值，实现拟合成像，利用无源毫米波辐射遥感图像特征描述、提取与识别方法，获取目标的周长面积、中心点信息；(60)实时监测:综合目标特性和目标分布，实现对水污染目标的性质类别、几何特征、中心点信息的实时监测。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张光锋，高远，于畅畅，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32