[发明专利]基于频率-精度映射的毫米波衰减信号采集系统及方法

说明书

本发明公开了基于频率‑精度映射的毫米波衰减信号采集系统及方法，地面监测站将各环境要素的预报信息和真实监测值发送到终端服务器，预报信息可初步提供环境要素的预报强度，先采用数据库当前存储的最佳毫米波发射频率来监测单个环境要素；引入一个评价不同毫米波频率下监测环境要素精度的函数，通过动态调整设定目标监测精度和利用差商代替直线斜率的方法，自适应搜寻最佳毫米波发射频率，并建立监测精度和毫米波发射频率的映射关系。本发明可以通过地面监测站提供的预报信息和真实测量值快速细分监测的环境要素的种类和强度，自适应建立环境要素的监测精度和最佳毫米波发射频率的映射关系。

技术领域

本发明涉及一种基于频率-精度映射的毫米波衰减信号采集系统及方法，属于环境监测领域。

背景技术

利用毫米波链路网络进行环境要素监测是近年来新兴的监测手段。该技术通过利用网络中各条链路的信号衰减过程来反演得到链路覆盖范围内的区域环境变量的变化情况，目前已成功应用于降雨、浓雾及PM2.5等多种环境要素的监测中。与传统监测相比，该技术具有覆盖范围广、时空分辨率高等显著优势，且借助于现有的通信基础设施，大大节省了建设及运维成本；另一方面，由于毫米波信号的采集频率能够达到秒级，完全满足环境要素的监测需求，为环境监测提供海量的实时监测数据，因此，该技术在理论上能够为精细化环境监测提供了一种有效途径。

然而，各个环境要素在不同强度下最适合的毫米波发射频率不尽相同，难以做到一种毫米波发射频率准确监测所有环境要素。当前技术往往利用毫米波发射频率和环境要素一一对应的关系或者利用传感器测量真实值推测最佳毫米波发射频率，虽然做到了调节毫米波发射频率，但首先没有建立起可以动态更新的不同环境要素在不同强度下和最佳毫米波发射频率的映射关系，也没有做到利用精度来评价调整后的发射频率的科学性，更没有做到自适应快速搜寻不同环境要素在不同强度下的最佳的毫米波发射频率。

因此，亟待发明一种精度最优可调的、毫米波发射频率自适应可调的适用于不同环境要素在细分场景下的基于频率-精度映射的毫米波衰减信号采集系统及方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于频率-精度映射的毫米波衰减信号采集系统及方法，可以通过地面监测站提供的预报信息和真实测量值快速细分监测的环境要素的种类和强度，自适应建立环境要素的监测精度和最佳毫米波发射频率的映射关系，自适应快速搜寻最佳的毫米波发射频率并最大程度提高环境要素的监测精度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种基于频率-精度映射的毫米波衰减信号采集系统及方法，包括以下步骤：包括地面监测站、终端服务器、毫米波发射器、信号采集器和信号发射器，地面监测站将预报信息和实测值发送到终端服务器，终端服务器与毫米波发射器信号连接，毫米波发射器发射的毫米波通过信号采集器采集，信号采集器与信号发射器连接，信号发射器将毫米波信号发送到终端服务器。引入一个评价不同毫米波频率下监测环境要素精度的函数I=Y/R，并建立一个因变量为监测精度I，通过动态调整设定目标监测精度和利用差商代替直线斜率的方法，自适应搜寻最佳毫米波发射频率，并建立不同环境要素在不同强度下的监测精度和最佳毫米波发射频率的映射关系。

基于频率-精度映射的毫米波衰减信号采集系统的方法，包括以下步骤：

（1）地面监测站将各环境要素的预报信息和真实监测值发送到终端服务器；预报信息可初步提供环境要素的预报强度，系统每次监测的环境要素只能是一个（即每次只能监测降雨、降雪、浓雾及PM2.5等多种环境要素的一种），终端服务器依据地面监测站提供的预报信息中各环境要素的种类和强度对毫米波发射频率的不同需求，优先采用数据库当前存储的最佳毫米波发射频率作为初始监测频率来监测单个环境要素，毫米波发射器发射3次信号用来监测该环境要素，并记录下3次的毫米波信号衰减值。若数据库中没有存储最佳毫米波发射频率，当前环境要素的毫米波发射频率选用38Ghz作为初始监测频率发射3次信号用来监测该环境要素，并记录下3次的毫米波信号衰减值；