[发明专利]一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置

权利要求书

1.一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，其特征在于，包括：双频右旋圆极化天线、双频左旋圆极化天线、四通道射频前端、双模导航模块、多通道直/反协同处理模块和土壤湿度反演模块；

所述双频右旋圆极化天线用于接收导航系统中N颗卫星的直射信号；所述导航系统包括GPS卫星导航系统和北斗卫星导航系统；所述双频左旋圆极化天线用于接收经待测土壤反射的所述导航系统的反射信号；所述双模导航模块与所述双频右旋圆极化天线连接；所述双模导航模块用于接收所述直射信号，并产生定位信息；所述四通道射频前端与所述双频右旋圆极化天线和所述双频左旋圆极化天线连接；所述四通道射频前端用于对所述直射信号和所述反射信号进行转换，得到四路数字中频信号；所述多通道直/反协同处理模块分别与所述四通道射频前端和所述双模导航模块连接；所述多通道直/反协同处理模块用于根据所述定位信息对四路所述数字中频信号进行干涉处理，得到反射率幅度和反射率相位；所述土壤湿度反演模块分别与所述多通道直/反协同处理模块和所述双模导航模块连接；所述土壤湿度反演模块用于根据所述反射率幅度、所述反射率相位和所述定位信息进行反演得到所述待测土壤的湿度；

所述定位信息包括伪随机噪声号、伪距、载波频率、方位角、高度角、纬度、经度和高度；

所述多通道直/反协同处理模块包括卫星选择模块和N个四通道直/反射信号干涉处理模块；

所述卫星选择模块用于根据所述伪随机噪声号、所述伪距、所述载波频率、所述方位角、所述高度角、方位角范围和高度角范围从四路所述数字中频信号中选择镜面反射点对双频左旋圆极化天线可见的卫星信号，得到四路可见数字中频信号；

所述四通道直/反射信号干涉处理模块用于对四路所述可见数字中频信号进行干涉处理，得到反射率幅度和反射率相位；

所述四通道直/反射信号干涉处理模块，包括：载波发生器、本地码发生器、载波剥离模块、伪码剥离模块、相干积分器、非相干累加模块和反射系数幅度/相位计算模块；

所述载波发生器用于根据所述卫星选择模块输出的所述载波频率产生本地载波；

所述本地码发生器用于根据所述卫星选择模块输出的所述伪随机噪声号和所述伪距产生本地伪码；

所述载波剥离模块用于将四路所述可见数字中频信号中的直射信号分别与所述本地载波相乘，得到两路载波剥离直射信号，并将四路所述可见数字中频信号中的反射信号分别与所述本地载波相乘，得到两路载波剥离反射信号；

所述伪码剥离模块用于将两路所述载波剥离直射信号分别与所述本地伪码相乘，将两路所述载波剥离反射信号分别与所述本地伪码相乘，得到四路干涉信号；

所述相干积分器用于对所述干涉信号进行相干积分；

所述非相干累加模块用于对相干积分后的复数进行多次非相干累加，得到相关功率值；

所述反射系数幅度/相位计算模块用于根据所述相关功率值计算反射率幅度和反射率相位。

2.根据权利要求1所述的一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，其特征在于，还包括：与所述土壤湿度反演模块和所述双模导航模块连接的土壤湿度监控模块；

所述土壤湿度监控模块用于对所述定位信息和所述待测土壤的湿度进行可视化显示，并当所述待测土壤的湿度超过预设湿度时进行告警。

3.根据权利要求1所述的一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，其特征在于，所述土壤湿度反演模块包括N个幅度映射模块，N个相位映射模块、N个幅度/相位土壤湿度平均模块以及土壤湿度加权平均模块；

所述幅度映射模块用于由所述反射率幅度，根据幅度变化值与土壤湿度的映射关系，得到土壤湿度幅度估计值；

所述相位映射模块用于由所述反射率相位，根据相位变化值与土壤湿度的映射关系，得到土壤湿度相位估计值；

所述幅度/相位土壤湿度平均模块用于计算所述土壤湿度幅度估计值和所述土壤湿度相位估计值的平均值，得到土壤湿度估计值；

所述土壤湿度加权平均模块用于将N个土壤湿度估计值加权求和，得到所述待测土壤的湿度。