[發明專利]一種溫度傳感器輔助的GNSS?R土壤濕度探測裝置

有效

• 申請號: 201510072362.6
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104677921B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 張波;鄒文博;楊東凱;高超群;洪學寶
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N22/04
• 分類號: G01N22/04;G01D21/02
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

技術領域

本發明公布了一種溫度傳感器輔助的GNSS-R(Global Navigation Satellite System-Reflections)土壤濕度探測裝置，發明涉及土壤濕度測量技術領域，利用GNSS反射信號技術進行土壤濕度的測量，具體為對反射信號接收機接收到的GNSS直射和反射信號進行相關處理，由處理結果及溫度傳感器輔助的溫度值對土壤濕度進行反演，從而得到探測區域的土壤濕度值。

背景技術

GNSS反射信號土壤濕度反演是利用衛星信號進行地球表面植被遙感方向的具體應用，是一種被動式雙基或多基遙感技術。GNSS-R(GNSS-Reflections或GNSS-Remote Sensing)技術是自上世紀90年代以來逐漸發展起來的一個新型分支，是國內外遙感探測和導航技術領域研究熱點之一。在基于GNSS-R的土壤濕度測量技術領域中，目前一般首先通過反射信號接收機得到土壤反射信號與直射信號的相關功率峰值，然后利用峰值比完成土壤表面反射率的估計，進而計算土壤介電常數，從而得到土壤濕度，在實際計算中往往忽略溫度對于土壤濕度反演的影響，從而導致濕度反演值不夠精確，另外反演過程需要先由接收機得到的相關功率峰值，然后進行后續處理，不能得到即時的土壤濕度數據。

發明內容

為解決上述技術中的不足，本發明的目的在于：提供一種溫度傳感器輔助的GNSS-R土壤濕度探測裝置，將各模塊集成到一個機箱內，實現在不同溫度下的土壤濕度探測，將GNSS反射與直射信號的處理與土壤濕度反演過程合并一體化，從而達到即時輸出土壤濕度反演結果的目的。

為解決其技術問題，本發明所采取的技術方案為：

本發明提供了一種溫度傳感器輔助的GNSS-R土壤濕度探測裝置，該裝置由天線、GNSS反射信號接收機模塊、土壤成分設定模塊、土壤溫度探測及判定模塊和土壤濕度反演模塊五個部分組成，它們之間的關系為：天線與GNSS反射信號接收機模塊相連接，位于GNSS反射信號接收機模塊前端；GNSS反射信號接收機模塊與土壤濕度反演模塊相連接，位于土壤濕度反演模塊前端；同時，土壤成分設定模塊和土壤溫度探測及判定模塊分別與土壤濕度反演模塊相連接，它們的處理過程均位于土壤濕度反演模塊之前，土壤濕度反演模塊接收GNSS反射信號接收機模塊、土壤成分設定模塊和土壤溫度探測及判定模塊的輸出結果，將它們的輸出結果作為輸入參數，進行土壤濕度的反演。所述溫度傳感器輔助的GNSS-R土壤濕度探測裝置有三個輸入參數，分別為：天線接收的GNSS直射信號和反射信號、土壤成分設定模塊設定的土壤沙土含量和黏土含量、土壤溫度探測及判定模塊探測到的土壤的溫度值；溫度傳感器輔助的GNSS-R土壤濕度探測裝置有一個輸出參數，輸出為土壤濕度反演模塊反演的土壤濕度值結果。

所述天線部分由右旋圓極化天線和左旋圓極化天線組成，它們之間的關系為：右旋圓極化天線放置于天線架上端，左旋圓極化天線放置于天線架下端。該右旋圓極化天線垂直向上放置，接收GNSS直射信號，該左旋圓極化天線對準探測區域放置，接收GNSS反射信號。

所述GNSS反射信號接收機模塊由射頻前端、A/D(Analog/Digital)轉換器、FPGA多通道相關器以及DSP(Digital Signal Processing)信號處理器中的直射信號相關處理及反射通道模式配置部分組成，它們之間的關系是：射頻前端位于最前方，其后連接的是A/D轉換器，A/D轉換器后連接FPGA多通道相關器，另外DSP信號處理器中的直射信號相關處理及反射通道模式配置部分也與FPGA多通道相關器連接。該射頻前端為雙射頻前端；該A/D轉換器為雙通道高速A/D變換器；該FPGA(Field－Programmable Gate Array)多通道相關器用于直射信號和反射信號的相關處理；該DSP信號處理器中的直射信號相關處理及反射通道模式配置部分輔助FPGA實現直射信號相關處理及反射通道模式配置工作。所述GNSS反射信號接收機模塊即完成GNSS反射信號接收機對直射和反射信號的處理過程，可選用市場上已有的GNSS反射信號軟件接收機產品。

所述土壤成分設定模塊為軟件處理模塊，首先要求進行土壤成分測定，然后依據測定結果在模塊中設置土壤成分含量，并將結果輸出至土壤濕度反演模塊。

其中，土壤成分測定方法具體為：對探測區域邊緣處的土樣進行采集，分別取12.5cm、7cm和5cm三種深度處的土壤樣品各四組，分別對12組土壤樣品進行成分分析，得到每組中的沙土含量和黏土含量，對沙土含量和黏土含量進行均值操作，得到的平均值作為沙土和黏土的含量的測定結果。