专利名称：船载微波散射计反演油膜厚度装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种反演油膜厚度的装置，尤其涉及一种船载微波散射计反演油膜厚度装置，用于测量海上溢油油膜厚度。
背景技术：
目前监测海上溢油常使用的方式和手段是卫星航天器、遥感监测飞机和海洋巡视船，但直接从卫星、飞机上接收到的遥感数据中包括大量信息，且受天气等客观条件影响， 存在不少干扰信号。主动式微波遥感在海洋石油污染监测中有其重要的意义，这是因为它不但可以全天时、全天候观测等优点，而且更重要的是微波遥感可以用于定量的反演出油膜厚度。为了测量溢油量，首先必须测量和计算海面油膜厚度。目前，利用微波设备微波散射计主要反演风速、风向等信息，国内外还没有利用微波散射计测量溢油厚度。所以急需研制一种能够利用微波散射计测量油膜厚度进行反演的装置。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，研制一种有效利用微波散射计测量油膜厚度，并且可搭载在船舶上，安装和使用方便。本发明采用的技术手段如下一种船载微波散射计反演油膜厚度装置，包括微波散射发射器、微波散射接收器和网络仪、滑轨、滑轨支架，其特征在于所述的微波散射发射器，调制到适当角度对准目标物体表面发射不同频率的微波，微波照射于目标物表面产生各个散射角的散射光；微波散射接收器，调制到适当的角度接收目标物散射的散射光；网络仪设置在微波散射接收器的观测端的后部，网络仪用于分析通过微波散射接收器接收的散射光，通过数字信号处理器和ADS软件共同进行光谱特征分析，反演出散射光谱曲线，利用散射光谱曲线和散射电磁模型反演油膜厚度；微波散射发射器、微波散射接收器和网络仪固定在滑轨上；滑轨对应的滑轨支架固定在船舶载体上。所述的微波散射发射器内置有功率控制器、角度调节器、极化转换器和发射天线； 功率控制器，用于根据船载平台与油膜目标物的高度调节网络仪传输过来的脉冲功率，从而保证测量的准确性；角度调节器，用于根据需要调节微波散射发射器的入射角；极化转换器，用于根据需要调节微波散射发射器的极化方式(包括水平极化和垂直极化)；发射天线，用于发射微波能量。所述的微波散射接收器内置有功率放大器、混频器、定向耦合器、校准器、极化转换器和接收天线；功率放大器，用于对校准信号在微波频率进行放大；混频器，用于接收天线接收到的信号和本地振荡信号的混频；定向耦合器，用于分离散射信号和其它干扰物体的入射信号；校准器，用于消除网络仪发射的功率和接收天线增益不稳给测量精度带来的影响；极化转换器，用于根据需要调节微波散射接收器的极化方式(包括水平极化和垂直极化)；接收天线，用于接收油膜目标物的散射能量。所述的网络仪内置脉冲发生器、脉冲调制器、信号转换器、数字信号处理器、ADS软件和LCD显示器；脉冲发生器和脉冲调节器能提供单音脉冲调制信号和双音同步脉冲调制信号，测试中激励信号进行点频和扫频输出；信号转换器，用于将所得到的模拟信号转换为数字信号；数字信号处理器，用于从数字信号中提取被测网络的幅度信息和相位信息；ADS 软件，用于完成微波射频单元电路的指标规划、原理图设计、参数仿真、参数优化、版图生成等功能；IXD显示器，用于显示生成的微波散射曲线。本发明专利具有以下优点1、一种主动微波遥感器，可以进行全天时、全天候遥感测量；2、微波波段电磁波波长较长(lmm-30Cm)，具有很强的透射能力，可以穿透云、雨、 雾；3、微波散射计通过向海面发射微波脉冲，接收散射微波能量，来提取目标物信息。 由于水体和油膜对微波波段电磁波的吸收比红外区域要小得多，对用散射计测量海面油膜厚度非常有利；4、区别于光学传感器的是，微波能穿透黑暗、云层、灰尘、雾气，因此，它可以在任何天气条件下工作。
本发明共有附图2张。图1是本发明的结构示意图；图2是本发明结构组成框图。其中，1、微波散射发射器，2、微波散射接收器，3、网络仪，4、脉冲发生器，5、脉冲调制器，6、信号转换器，7、字信号处理器，8、ADS软件，9、IXD显示器，10、功率控制器，11、角度调节器，12、极化转换器，13、发射天线，14、功率放大器，15、混频器，16、定向耦合器，17、校准器，18、极化转换器，19、接收天线，20、滑轨，21、滑轨支架。
具体实施例方式如图1、2所示的微波散射计反演油膜厚度装置，包括用于向目标物体表面发射微波脉冲的微波散射发射器1，用于接收目标物表面散射光的微波散射接收器2，和用于分析通过微波散射接收器2接收的散射光的网络仪3。网络仪3接收散射光后利用数字信号处理器7和ADS软件8共同进行光谱特征分析，反演出散射光谱曲线。利用散射光谱曲线和散射电磁模型反演油膜厚度。船舶行驶到溢油地点，把滑轨支架21与船体固定好，把仪器通过滑轨20移动到船体外进行测量。打开微波散射发射器1、微波散射接收器2和网络仪3。操作网络仪3，通过其内部脉冲发生器4和脉冲调节器5共同作用以频率为18GHZ-40GHZ微波脉冲传输到微波散射发射器1中。传输脉冲能量通过功率控制器10根据设备与油膜目标物的高度调制微波散射发射器1的脉冲功率，从而保证测量的准确性。通过角度调节器U和极化转换器12 根据油膜的特征以一定的入射角和极化方式控制发射天线13发射微波能量。微波照射到油膜目标物上产生各个角度的散射微波能量，部分能量被微波散射接收器2接收，并且受极化转换器18的控制(包括水平极化接收和垂直极化接收)。接收的信号通过校准器17 校准，消除网络仪3发射的功率和接收天线19增益不稳给测量精度带来的影响。然后通过定向耦合器16分离散射信号和其它干扰物的入射信号。通过混频器15把接收天线19接收到的信号和仪器本身的振荡信号混频。通过功率放大器14对校准信号在微波频率进行放大。通过网络仪3内置的信号转换器6将所得到的模拟信号转换为数字信号。通过数字信号处理器7从所得数字信号中提取被测网络的幅度信息和相位信息。通过ADS软件8绘制出油膜的散射波谱曲线，最终通过LCD显示器9显示出曲线。
权利要求
1.一种船载微波散射计反演油膜厚度装置，包括微波散射发射器(1)、微波散射接收器(2)和网络仪(3)、滑轨(20)、滑轨支架(21)，其特征在于所述的微波散射发射器(1)，调制到适当角度对准目标物体表面发射不同频率的微波，微波照射于目标物表面产生各个散射角的散射光；微波散射接收器0)，调制到适当的角度接收目标物散射的散射光；网络仪 (3)设置在微波散射接收器( 的观测端的后部，网络仪C3)用于分析通过微波散射接收器 (2)接收的散射光，通过数字信号处理器(7)和ADS软件(8)共同进行光谱特征分析，反演出散射光谱曲线，利用散射光谱曲线和散射电磁模型反演油膜厚度；微波散射发射器(1)、 微波散射接收器⑵和网络仪⑶固定在滑轨OO)上；滑轨OO)对应的滑轨支架固定在船舶载体上。
2.根据权利要求1所述的一种船载微波散射计反演油膜厚度装置，其特征在于所述的微波散射发射器(1)内置有功率控制器(10)、角度调节器(11)、极化转换器(1 和发射天线(13)；功率控制器(10)，用于根据船载平台与油膜目标物的高度调节网络仪(3)传输过来的脉冲功率，从而保证测量的准确性；角度调节器(11)，用于根据需要调节微波散射发射器(1)的入射角；极化转换器(12)，用于根据需要调节微波散射发射器(1)的极化方式 (包括水平极化和垂直极化)；发射天线(13)，用于发射微波能量。
3.根据权利要求1所述的一种船载微波散射计反演油膜厚度装置，其特征在于所述的微波散射接收器O)内置有功率放大器(14)、混频器(15)、定向耦合器(16)、校准器(17)、 极化转换器(18)和接收天线(19)；功率放大器(14)，用于对校准信号在微波频率进行放大；混频器(15)，用于接收天线(19)接收到的信号和本地振荡信号的混频；定向耦合器 (16)，用于分离散射信号和其它干扰物体的入射信号；校准器(17)，用于消除网络仪(3)发射的功率和接收天线(19)增益不稳给测量精度带来的影响；极化转换器(18)，用于根据需要调节微波散射接收器( 的极化方式(包括水平极化和垂直极化)；接收天线(19)，用于接收油膜目标物的散射能量。
4.根据权利要求1所述的一种船载微波散射计反演油膜厚度装置，其特征在于所述的网络仪(3)内置脉冲发生器G)、脉冲调制器(5)、信号转换器(6)、数字信号处理器(7)、 ADS软件⑶和LCD显示器(9)；脉冲发生器⑷和脉冲调节器(5)能提供单音脉冲调制信号和双音同步脉冲调制信号，测试中激励信号进行点频和扫频输出；信号转换器(6)，用于将所得到的模拟信号转换为数字信号；数字信号处理器(7)，用于从数字信号中提取被测网络的幅度信息和相位信息；ADS软件(8)，用于完成微波射频单元电路的指标规划、原理图设计、参数仿真、参数优化、版图生成等功能；LCD显示器(9)，用于显示生成的微波散射曲线。
全文摘要
本发明公开了一种船载微波散射计反演油膜厚度装置，包括微波散射发射器、微波散射接收器和网络仪；所述的微波散射发射器发射微波于目标物表面，产出各个角度的散射光。微波散射接收器接收目标物的散射光，所获得的散射光最终传输到网络仪中。网络仪是微波射频电路测试的重要装置，通过网络仪分析可以得到微波散射曲线，利用微波散射曲线和散射电磁模型反演油膜厚度。在船舶上安装移动窗口和滑轨型支架可以更加方便灵活的操作整个装置。微波散射计可以全天时、全天候应用于海上溢油探测，船载微波散射计对于溢油监测方便灵活，同时微波散射计反演油膜厚度较为准确。
文档编号G01B11/06GK102221337SQ20111007061
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者李颖 申请人:大连海事大学