[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

说明书

本发明公开了一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置。该装置中，双频右旋圆极化天线接收导航系统中N颗卫星的直射信号；导航系统包括GPS卫星导航系统和北斗卫星导航系统；双频左旋圆极化天线接收经待测土壤反射的导航系统的反射信号；双模导航模块产生定位信息；四通道射频前端对直射信号和反射信号进行转换得到四路数字中频信号；多通道直/反协同处理模块根据定位信息对四路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；土壤湿度反演模块用于根据反射率幅度、反射率相位和定位信息进行反演得到待测土壤的湿度。本发明应用于多个不同高度角的卫星信号，从而得到土壤湿度，测量准确度高，适应范围广。

技术领域

本发明涉及土壤湿度测量领域，特别是涉及一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置。

背景技术

利用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellites System，GNSS)反射信号进行地球表面物理参数的反演是遥感领域的新型技术之一，具有信号源广、成本低、探测设备轻等优势。该技术通过星载、机载或岸基的特殊装置接收、处理GNSS反射信号可进行地表物理参数的探测。

土壤湿度作为重要的水文参数，是内陆遥感领域长期关注的对象之一。GNSS反射信号技术通过连续接收处理GNSS直射信号和经地表反射的回波信号得到反射面的反射率，并利用GNSS卫星、接收平台以及镜面反射点之间的几何关系实现土壤湿度的反演。

通常的GNSS反射信号通过反射信号相关功率峰值计算土壤反射率，进而得到土壤湿度，该方法仅利用了土壤湿度反射率幅度信息，而忽略了相位信息。另一种方法是单天线干涉测量，即利用反射信号对直射信号的干扰形成的振荡测量土壤湿度反射率的幅度和相位，并反演得到土壤湿度，其最大缺点是时间分辨率低，且只能应用低高度角的卫星信号。

发明内容

基于此，有必要提供一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，以应用于多个不同高度角的卫星信号，从而得到土壤湿度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，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。

可选的，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。

可选的，所述GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，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。

可选的，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；