[发明专利]一种温度传感器辅助的GNSS‑R土壤湿度探测装置

说明书

技术领域

本发明公布了一种温度传感器辅助的GNSS-R(Global Navigation Satellite System-Reflections)土壤湿度探测装置，发明涉及土壤湿度测量技术领域，利用GNSS反射信号技术进行土壤湿度的测量，具体为对反射信号接收机接收到的GNSS直射和反射信号进行相关处理，由处理结果及温度传感器辅助的温度值对土壤湿度进行反演，从而得到探测区域的土壤湿度值。

背景技术

GNSS反射信号土壤湿度反演是利用卫星信号进行地球表面植被遥感方向的具体应用，是一种被动式双基或多基遥感技术。GNSS-R(GNSS-Reflections或GNSS-Remote Sensing)技术是自上世纪90年代以来逐渐发展起来的一个新型分支，是国内外遥感探测和导航技术领域研究热点之一。在基于GNSS-R的土壤湿度测量技术领域中，目前一般首先通过反射信号接收机得到土壤反射信号与直射信号的相关功率峰值，然后利用峰值比完成土壤表面反射率的估计，进而计算土壤介电常数，从而得到土壤湿度，在实际计算中往往忽略温度对于土壤湿度反演的影响，从而导致湿度反演值不够精确，另外反演过程需要先由接收机得到的相关功率峰值，然后进行后续处理，不能得到即时的土壤湿度数据。

发明内容

为解决上述技术中的不足，本发明的目的在于：提供一种温度传感器辅助的GNSS-R土壤湿度探测装置，将各模块集成到一个机箱内，实现在不同温度下的土壤湿度探测，将GNSS反射与直射信号的处理与土壤湿度反演过程合并一体化，从而达到即时输出土壤湿度反演结果的目的。

为解决其技术问题，本发明所采取的技术方案为：

本发明提供了一种温度传感器辅助的GNSS-R土壤湿度探测装置，该装置由天线、GNSS反射信号接收机模块、土壤成分设定模块、土壤温度探测及判定模块和土壤湿度反演模块五个部分组成，它们之间的关系为：天线与GNSS反射信号接收机模块相连接，位于GNSS反射信号接收机模块前端；GNSS反射信号接收机模块与土壤湿度反演模块相连接，位于土壤湿度反演模块前端；同时，土壤成分设定模块和土壤温度探测及判定模块分别与土壤湿度反演模块相连接，它们的处理过程均位于土壤湿度反演模块之前，土壤湿度反演模块接收GNSS反射信号接收机模块、土壤成分设定模块和土壤温度探测及判定模块的输出结果，将它们的输出结果作为输入参数，进行土壤湿度的反演。所述温度传感器辅助的GNSS-R土壤湿度探测装置有三个输入参数，分别为：天线接收的GNSS直射信号和反射信号、土壤成分设定模块设定的土壤沙土含量和黏土含量、土壤温度探测及判定模块探测到的土壤的温度值；温度传感器辅助的GNSS-R土壤湿度探测装置有一个输出参数，输出为土壤湿度反演模块反演的土壤湿度值结果。

所述天线部分由右旋圆极化天线和左旋圆极化天线组成，它们之间的关系为：右旋圆极化天线放置于天线架上端，左旋圆极化天线放置于天线架下端。该右旋圆极化天线垂直向上放置，接收GNSS直射信号，该左旋圆极化天线对准探测区域放置，接收GNSS反射信号。

所述GNSS反射信号接收机模块由射频前端、A/D(Analog/Digital)转换器、FPGA多通道相关器以及DSP(Digital Signal Processing)信号处理器中的直射信号相关处理及反射通道模式配置部分组成，它们之间的关系是：射频前端位于最前方，其后连接的是A/D转换器，A/D转换器后连接FPGA多通道相关器，另外DSP信号处理器中的直射信号相关处理及反射通道模式配置部分也与FPGA多通道相关器连接。该射频前端为双射频前端；该A/D转换器为双通道高速A/D变换器；该FPGA(Field－Programmable Gate Array)多通道相关器用于直射信号和反射信号的相关处理；该DSP信号处理器中的直射信号相关处理及反射通道模式配置部分辅助FPGA实现直射信号相关处理及反射通道模式配置工作。所述GNSS反射信号接收机模块即完成GNSS反射信号接收机对直射和反射信号的处理过程，可选用市场上已有的GNSS反射信号软件接收机产品。

所述土壤成分设定模块为软件处理模块，首先要求进行土壤成分测定，然后依据测定结果在模块中设置土壤成分含量，并将结果输出至土壤湿度反演模块。

其中，土壤成分测定方法具体为：对探测区域边缘处的土样进行采集，分别取12.5cm、7cm和5cm三种深度处的土壤样品各四组，分别对12组土壤样品进行成分分析，得到每组中的沙土含量和黏土含量，对沙土含量和黏土含量进行均值操作，得到的平均值作为沙土和黏土的含量的测定结果。