基于北斗卫星反射信号的海面溢油探测方法及试验

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1、2017年1月北京航空航天大学学报January2017第43卷第1期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．43No．1http：}{bhxb．buaa．edu．cn、buaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2016．0096基于北斗卫星反射信号的海面溢油探测方法及试验吴军，张波4，洪学宝，杨东凯，汉牟田(北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100083)摘要：为了监测小规模固定海域的溢油状况，针对岸基接收平台提出了一种基于北斗卫星反射信号的海面溢油探测方法，

2、该方法将全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)技术应用于岸基条件下的海面溢油探测。进行了岸基试验，利用右旋圆极化(RHCP)天线和左旋圆极化(LHCP)天线分别采集北斗卫星直射与反射信号，在信号同步的基础上提取卫星直射和反射信号的相关功率，并结合北斗卫星的高度角与方位角信息，反演目标海域的介电常数来判断海面有无溢油。试验结果表明探测表面为油面时，介电常数反演结果均值为3．6，标准差为2．13，这与油的真实介电常数范围2．0～4．5一致，远小于海水介电常数，证明将GNSS-R应用到岸基海面溢油探测中具有可行性。关键词：全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)；北斗卫星反射信号；岸基平台

3、；海面溢油探测；介电常数中图分类号：P237文献标识码：A文章编号：1001-5965(2017)01-0193-07随着海上石油工业的快速发展，近海石油钻探规模不断扩大，频发的溢油事故，不但造成巨大的经济损失，而且严重影响海洋生态环境。目前，海上溢油探测主要有光学和微波遥感技术¨引。光学遥感技术主要有可见光、红外、紫外和激光等遥感技术，其中可见光遥感技术受时间影响，只能白天工作，红外、紫外遥感技术易受外界环境的干扰，激光遥感技术使用仪器笨重、造价昂贵‘3o。微波遥感技术主要包括辐射计和雷达遥感技术，辐射计虽然可以实现全天候探测，但其分辨率低，雷达遥感是目前大范围海上溢油监测的主要手段

4、，但是造价高且易受海况影响，海面过于平静或粗糙时会影响测量结果”1。全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)技术是一种新兴的遥感手段，源于欧空局Martin-Neria于1993年提出的利用GPS散射信号进行大规模海面测高的设想b1，L波段信号受天气情况影响小，设备功耗低、复杂度低，具备全天候、全时段监测能力，在海面风场、海洋测高、海冰探测、海洋盐度等海洋遥感方面得到广泛的应用M。11

5、。2011年，西班牙Valencia等¨引提出将GNSS—R技术用于海面溢油探测中。2013年，Valencia等¨纠又从反演误差和分辨率的角度进一步论证了基于GNSS．R海上溢油的可行性。“和Huan

6、g。14o将仿真从简化场景扩展到一般场景下(卫星仰角从900扩展到00～900任意角度)，验证了基于GNSS．R溢油检测的有效性。目前，利用GNSS反射信号进行海上溢油检测集中于星载或机载平台，其基本思路是假设海风分布均匀，根据溢油海面和干净海面散射系数分布的不同，利用GNSSZ-V散射模型计算延迟多普勒图(DDM)，从中分辨出海面有无溢油。由于接收天线在星载收稿日期：2016-01．26；录用日期：2016-02-29；网络出版时间：2016-04-1516：56网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160415．1656．001．h

7、tml基金项目：国家自然科学基金(61171070)}通讯作者：E-mail：bozhang@buaa．edu．en；f用格式：吴军，张波，洪学宝，等．基于北斗卫星反射信号的海面溢油探测方法及试验口J．北京航空航天大学学报，2017，43(J)：193—199．WUJ．ZHANGB，HONGXB，eta1．SeaSU／-lCaceoilspilldetectionmethodusingBeiDousatellitereflectedsignalanditsexperimentfJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauti

8、cs，2017，43(J)：193-199(inChinese)．194北京航空航天大学学报2017年或机载平台上，探测范围广，分辨率低，多用于大尺度海域监测。北斗卫星导航系统(BeiDounavigationsatel—liteSystem，BDS)是中国自主发展、独立运行的卫星导航系统，建设完成时将会有35颗卫星，具有全球无源服务能力¨5I。相比于GPS等其他卫星系统，利用北斗系统进行溢油探测具有以下突出优势：在卫星星座方面，北斗系统由ME