[發(fā)明專利]信號(hào)重建方法及基于該方法的土壤濕度干涉測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010175189.3
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN111337552A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊東凱;漢牟田;常海寧;王友權(quán)
• 申請（專利權(quán)）人: 山東航向電子科技有限公司
• 主分類號(hào): G01N27/22
• 分類號(hào): G01N27/22;G01N22/04
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標(biāo)代理有限公司 37212
• 代理人: 丁鵬鵬

1.一種信號(hào)重建方法，其特征在于：所述的方法包括以下步驟：

步驟1：原始數(shù)據(jù)采集，

使用接收機(jī)以固定采樣間隔采集原始數(shù)據(jù)；

步驟2：衛(wèi)星仰角、方位角計(jì)算，

利用步驟1中衛(wèi)星星歷信息結(jié)合采樣時(shí)間與接收天線位置，計(jì)算衛(wèi)星的仰角θ(n)與方位角，其中n為采樣點(diǎn)；

步驟3：衛(wèi)星數(shù)據(jù)篩選，

根據(jù)步驟2中衛(wèi)星的仰角和方位角，結(jié)合天線架設(shè)高度H，計(jì)算鏡面反射點(diǎn)位置，篩選低仰角以及鏡面反射點(diǎn)落在需測量的土壤區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星的信噪比數(shù)據(jù)；

步驟4：刻度轉(zhuǎn)換，

對步驟3篩選出的衛(wèi)星的信噪比數(shù)據(jù)進(jìn)行刻度轉(zhuǎn)換，從對數(shù)刻度轉(zhuǎn)化為線性刻度，此時(shí)信噪比數(shù)據(jù)用下式描述：

其中S_d(θ(n))為直射信號(hào)信噪比，S_r(θ(n))為反射信號(hào)信噪比，二者構(gòu)成了信噪比數(shù)據(jù)的趨勢項(xiàng)；f(n)為信噪比的震蕩頻率，與天線相對于有效反射面的高度H有關(guān)；為信噪比數(shù)據(jù)的初始相位；

步驟5：中心化，

利用低階多項(xiàng)式對信噪比數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到信噪比數(shù)據(jù)的趨勢項(xiàng)P₀(θ(n))，并將其從信噪比數(shù)據(jù)中提剔除得到以0為中心變化的信噪比數(shù)據(jù)SNR_c(θ(n))，用下式表示：

其中P₁(θ(n))為由低階多項(xiàng)式的建模誤差導(dǎo)致的殘余項(xiàng)；P₂(θ(n))為信噪比的時(shí)變震蕩幅度；f(n)為信噪比的時(shí)變振蕩頻率；為信噪比的初始相位；

步驟6：時(shí)頻分析，

對中心化后的信噪比數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻分析得到信噪比的時(shí)變頻率f(n)；

步驟7：利用自適應(yīng)濾波器估計(jì)信噪比的殘余項(xiàng)與時(shí)變震蕩幅度，

采用自適應(yīng)濾波器進(jìn)行估計(jì)，對式(2)進(jìn)行改寫：

其中[1 cos(2πf(n)sin(θ(n))) -sin(2πf(n)sin(θ(n)))]^T為自適應(yīng)濾波器的輸入信號(hào)向量也即待濾波的信號(hào)，利用步驟2計(jì)算出的衛(wèi)星仰角θ(n)與步驟6得到的時(shí)變頻率f(n)生成；c₀(n),c₁(n),c₂(n)為濾波器系數(shù)；SNR_f(θ(n))則為濾波器輸出；濾波器的自適應(yīng)調(diào)整算法不斷調(diào)整濾波器系數(shù)，使得濾波器輸出SNR_f(θ(n))與SNR_c(θ(n))的均方根誤差最小，此時(shí)濾波器系數(shù)c₀(n),c₁(n),c₂(n)分別為對P₁(θ(n)),的估計(jì)；

步驟8：直射信號(hào)與反射信號(hào)重建，

利用趨勢項(xiàng)P₀(θ(n))以及步驟7得到的濾波系數(shù)構(gòu)建關(guān)于直射信號(hào)與反射信號(hào)的方程組，如下：

其中S_d(θ(n)),S_r(θ(n))分別為直射信號(hào)與反射信號(hào)的信噪比。求解該方程組得到：

。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)重建方法，其特征在于：所述的步驟1中的接收機(jī)為GNSS-IR接收機(jī)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)重建方法，其特征在于：所述的步驟1中的原始數(shù)據(jù)包括各個(gè)衛(wèi)星的信噪比觀測值與星歷信息。