[發明專利]一種GNSS直反射信號載波干涉測量土壤濕度的裝置

有效

• 申請號: 202110268737.1
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113049777B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 王峰;張波;楊東凱;漢牟田
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01S19/14;G01S19/33;G01S19/43
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉鳳玲

1.一種GNSS直反射信號載波干涉測量土壤濕度的裝置，其特征在于，包括：雙頻右旋圓極化天線、雙頻左旋圓極化天線、四通道射頻前端、雙模導航模塊、多通道直/反協同處理模塊和土壤濕度反演模塊；

所述雙頻右旋圓極化天線用于接收導航系統中N顆衛星的直射信號；所述導航系統包括GPS衛星導航系統和北斗衛星導航系統；所述雙頻左旋圓極化天線用于接收經待測土壤反射的所述導航系統的反射信號；所述雙模導航模塊與所述雙頻右旋圓極化天線連接；所述雙模導航模塊用于接收所述直射信號，并產生定位信息；所述四通道射頻前端與所述雙頻右旋圓極化天線和所述雙頻左旋圓極化天線連接；所述四通道射頻前端用于對所述直射信號和所述反射信號進行轉換，得到四路數字中頻信號；所述多通道直/反協同處理模塊分別與所述四通道射頻前端和所述雙模導航模塊連接；所述多通道直/反協同處理模塊用于根據所述定位信息對四路所述數字中頻信號進行干涉處理，得到反射率幅度和反射率相位；所述土壤濕度反演模塊分別與所述多通道直/反協同處理模塊和所述雙模導航模塊連接；所述土壤濕度反演模塊用于根據所述反射率幅度、所述反射率相位和所述定位信息進行反演得到所述待測土壤的濕度；

所述定位信息包括偽隨機噪聲號、偽距、載波頻率、方位角、高度角、緯度、經度和高度；

所述多通道直/反協同處理模塊包括衛星選擇模塊和N個四通道直/反射信號干涉處理模塊；

所述衛星選擇模塊用于根據所述偽隨機噪聲號、所述偽距、所述載波頻率、所述方位角、所述高度角、方位角范圍和高度角范圍從四路所述數字中頻信號中選擇鏡面反射點對雙頻左旋圓極化天線可見的衛星信號，得到四路可見數字中頻信號；

所述四通道直/反射信號干涉處理模塊用于對四路所述可見數字中頻信號進行干涉處理，得到反射率幅度和反射率相位；

所述四通道直/反射信號干涉處理模塊，包括：載波發生器、本地碼發生器、載波剝離模塊、偽碼剝離模塊、相干積分器、非相干累加模塊和反射系數幅度/相位計算模塊；

所述載波發生器用于根據所述衛星選擇模塊輸出的所述載波頻率產生本地載波；

所述本地碼發生器用于根據所述衛星選擇模塊輸出的所述偽隨機噪聲號和所述偽距產生本地偽碼；

所述載波剝離模塊用于將四路所述可見數字中頻信號中的直射信號分別與所述本地載波相乘，得到兩路載波剝離直射信號，并將四路所述可見數字中頻信號中的反射信號分別與所述本地載波相乘，得到兩路載波剝離反射信號；

所述偽碼剝離模塊用于將兩路所述載波剝離直射信號分別與所述本地偽碼相乘，將兩路所述載波剝離反射信號分別與所述本地偽碼相乘，得到四路干涉信號；

所述相干積分器用于對所述干涉信號進行相干積分；

所述非相干累加模塊用于對相干積分后的復數進行多次非相干累加，得到相關功率值；

所述反射系數幅度/相位計算模塊用于根據所述相關功率值計算反射率幅度和反射率相位。

2.根據權利要求1所述的一種GNSS直反射信號載波干涉測量土壤濕度的裝置，其特征在于，還包括：與所述土壤濕度反演模塊和所述雙模導航模塊連接的土壤濕度監控模塊；

所述土壤濕度監控模塊用于對所述定位信息和所述待測土壤的濕度進行可視化顯示，并當所述待測土壤的濕度超過預設濕度時進行告警。

3.根據權利要求1所述的一種GNSS直反射信號載波干涉測量土壤濕度的裝置，其特征在于，所述土壤濕度反演模塊包括N個幅度映射模塊，N個相位映射模塊、N個幅度/相位土壤濕度平均模塊以及土壤濕度加權平均模塊；

所述幅度映射模塊用于由所述反射率幅度，根據幅度變化值與土壤濕度的映射關系，得到土壤濕度幅度估計值；

所述相位映射模塊用于由所述反射率相位，根據相位變化值與土壤濕度的映射關系，得到土壤濕度相位估計值；

所述幅度/相位土壤濕度平均模塊用于計算所述土壤濕度幅度估計值和所述土壤濕度相位估計值的平均值，得到土壤濕度估計值；

所述土壤濕度加權平均模塊用于將N個土壤濕度估計值加權求和，得到所述待測土壤的濕度。