[发明专利]一种基于GNSS干涉功率峰谷值的土壤湿度测量装置

摘要

一种基于GNSS干涉功率峰谷值的土壤湿度测量装置，由圆筒形机箱、RHCP天线、天线支架、无线通信天线、太阳能电池板、土壤湿度测量主机、蓄电池、天线馈线和若干导线组成；RHCP天线通过支架固定于箱体顶部中心，RHCP天线的馈线通过支架的空心结构引入箱体内部与土壤湿度测量主机连接；无线通信天线固定于箱体上部，无线通信天线的高度低于RHCP天线，无线通信天线的馈线引入箱体内部与土壤湿度测量主机连接；太阳能电池板固定于箱体外部，其通过导线引入箱体内部与土壤湿度测量主机相连；土壤湿度测量主机与蓄电池在箱体内部通过导线连接；它实现了信号处理、土壤湿度测量与数据传输的一体化，结构紧凑、节能、美观。

主权项

1.一种基于GNSS干涉功率峰谷值的土壤湿度测量装置，其特征在于：它是由圆筒形机箱、RHCP天线、天线支架、无线通信天线、太阳能电池板、土壤湿度测量主机、蓄电池、天线馈线和导线组成；RHCP天线通过天线支架固定于箱体顶部中心位置，RHCP天线的馈线通过天线支架的空心结构引入箱体内部与土壤湿度测量主机连接；无线通信天线也固定于箱体上部，无线通信天线的高度低于RHCP天线，无线通信天线的馈线也引入箱体内部与土壤湿度测量主机连接；太阳能电池板固定于箱体外部，其通过导线引入箱体内部与土壤湿度测量主机相连；土壤湿度测量主机与蓄电池在箱体内部通过导线连接；所述RHCP天线，选用通用测量型天线；所述天线支架，为中空的杆状；所述无线通信天线，采用线极化移动通信天线；所述太阳能电池板，形状为长方形，采用多晶硅太阳能电池板，选型时应考虑的指标为输出电压、输出功率、抗风等级；所述蓄电池，采用铅酸蓄电池，选型时应考虑的指标为容量、标称电压、内阻和充放电次数；所述天线馈线，采用同轴电缆，选型时应考虑的指标为特性阻抗、衰减；所述导线，采用铜质导线，选型时应考虑的指标为特性阻抗、绝缘等级、载流量；所述“圆筒形机箱”,包括弧形盖板、圆筒形箱体、底部盖板和两层隔板；该弧形盖板位于该圆筒形箱体顶部，底部盖板位于圆筒形箱体底部，两层隔板位于圆筒形箱体内的下半部分，上层隔板用于固定土壤湿度测量主机，下层隔板用于固定蓄电池，下层隔板距离圆筒形箱体底部一定距离；该“弧形盖板”的形状为弧形，其中心钻有小孔用于固定天线支架，旁边开有小孔用于固定无线通信天线；该“圆筒形箱体”的形状为中空的圆筒形，其筒壁有预定厚度，其侧面凿有安装槽，用于将太阳能电池板嵌入其中，开槽位置整体位于该圆筒形箱体上部；该“底部盖板”的形状为圆形，其直径与该“圆筒形箱体”外径相等，其中心开有安装孔，用于连接支撑物；该“两层隔板”的形状为圆形，其直径与该“圆筒形箱体”内径相等；所述“土壤湿度测量主机”包括电源模块、射频模块、基带信号处理模块、土壤湿度反演模块和无线通信模块，其连接关系为：其中的射频模块、基带信号处理模块、土壤湿度反演模块和无线通信模块按照信号处理流程顺次连接，电源模块与其他所有模块连接，为其供电；该“射频模块”将RHCP天线接收到的卫星导航信号下变频到数字中频信号，该模块在选型时应考虑的指标为频点、带宽、灵敏度、噪声系数；该“基带信号处理模块”完成对信号的捕获跟踪，输出所有卫星信号的相关值，该模块在选型时应考虑的指标为通道数、通道构成、工作频率、输入输出接口类型和速度；该“土壤湿度反演模块”由可编程芯片和相应的外围电路组成，该模块通过编程实现如下功能：利用基带信号处理模块输出的相关值来估计相关功率，形成相关功率观测值序列，同时进行定位解算或者利用精密星历计算卫星的仰角和方位角信息，然后根据观测区域方位和卫星仰角、方位角进行选星，使镜面反射点覆盖观测区域，利用选出来的卫星的相关功率观测值序列和仰角信息运行“基于GNSS干涉功率峰谷值的土壤湿度测量算法”，进行土壤湿度反演；该模块还配置有USB接口、网口以及与无线通信模块连接的接口；该“无线通信模块”将测得的土壤湿度数据和原始数据发送到用户指定设备上，便于用户对土壤湿度进行监测，同时该模块接收用户指令，并将指令送入土壤湿度反演模块中，土壤湿度反演模块解析指令完成用户对测量主机的控制，该模块在选型时应考虑的指标为通信制式、数据传输速率、功耗、最大传输距离；该“电源模块”具备两个功能，其一是对来自蓄电池和太阳能电池板的电能进行分配，其二是电能转换，用于将市电转直流电作为测量主机的备用电源，该模块在选型时应考虑的指标为输出电压、电源效率、纹波电压。