[发明专利]一种基于北斗同步导航卫星的嵌入式土壤湿度实时测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于北斗同步导航卫星的嵌入式土壤湿度实时测量装置，属于利用卫星导航反射信号遥感探测技术领域。

背景技术

北斗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。卫星反射信号探测技术是自上世纪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。北斗反射信号接收机在接收导航卫星直射信号的同时，也将接收图示反射面的反射信号，该信号对于定位求解而言作为多径干扰通常认为是有害的，在接收机中采用各种方法进行估计并加以抑制或消除，也可以直接利用抑制多径的信号处理方法进行抑制或消除，而不需要精确估计多径信号。但是，从电磁波传播基本理论角度看，该反射信号中携带着反射面的特性信息，反射信号波形的变化、极化特征的变化，幅值、相位和频率等参量的变化都直接反映了反射面的物理特性，或者说直接与反射面相关。对于反射信号的精确估计和接收处理，则可以实现对反射面物理特性的估计与反演。

土壤湿度中由于含水量的不同，其表面的介电常数也会发生相应的变化，这种变化量会在反射功率中得到反应，北斗反射信号土壤湿度反演仪就是利用测量接收到的反射信号来进行土壤湿度反演的。

我国北斗导航系统开始正式运行，它创新性采用GEO/IGSO/MEO的混合星座设计，在亚太地区具有很好的覆盖能力。同时，北斗导航系统也给GNSS-R技术在我国的应用提供了新型的信号源。北斗系统空间部分由5GEO/5IGSO/4MEO星座构成，其中5颗GEO卫星分别定点于东经58.75度、80度、110.5度、140度、160度；5颗IGSO卫星分布于三个轨道面上，其中I1、I2和I3星下点轨迹重合，交点地理经度处于东经118度，I4和I5分别和I1、I2处于同一轨道面，与I1、I2各相位相差23度，交点地理经度处于东经95度；4颗MEO卫星轨道高度21000公里，为7天13圈回归周期，4颗卫星分别位于WALKER24/3/1星座的第一轨道面7、8相位和第二轨道面3、4相位上，星下点轨迹。

北斗区域系统在中国区域可为用户提供10米精度三维位置服务，在亚太区域可提供20米的位置精度服务。在我国及周边，北斗区域系统PDOP优于5.0，重点地区PDOP值主要集中在1.5和3.5之间，兼容北斗/GPS的星载GNSS-R应用系统与GPS单系统相比可使时空覆盖能力提高1.7～2.4倍；同时，北斗GEO卫星可以为岸基/地基观测网络提供稳定的几何关系，能在很大程度上提高GNSS-R反演精度。

由于北斗同步导航卫星的同步性和反射事件中的几何关系的稳定性，使利用北斗同步导航卫星的土壤湿度实时测量装置的精度在卫星信号选择上有很大的提高。该装置包括硬件系统设计和土壤湿度算法处理流程。该装置的设计与实现是北斗反射信号在遥感领域的重大理论突破和硬件实现，通过地基北斗反射信号接收机实时采集反演数据，并利用软件算法实时处理并可以在任意间隔内显示不同温度下土壤湿度变化趋势(基于在不同温度下土壤水分的状态进行区分)，如果是秒级或具体时刻可以得到对应的土壤湿度值。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于北斗同步导航卫星的嵌入式土壤湿度实时测量装置，该土壤湿度反演装置通过接收经土壤表面反射后的卫星信号，并利用土壤湿度数据处理算法对数据进行处理，得到实时的土壤湿度值，并在装置上携带的显示屏进行实时显示。由于北斗具有实时性、全天候等优点，可以达到实时、连续、智能全自动的反映反射区域的土壤湿度变化趋势。

本发明的技术方案是：一种基于北斗同步导航卫星的嵌入式土壤湿度实时测量装置，它是由北斗反射左旋天线、北斗直射右旋天线、UM220模块、嵌入式系统和显示屏组成。它们之间的位置连接关系及信号走向是：北斗反射左旋天线朝向下放置，北斗直射右旋天线朝向上放置，并分别连接至嵌入式系统和UM200模块，嵌入式系统和UM200模块通过数据线连接至显示屏，进行相关信息显示。嵌入式系统和UM220模块位于装置内部，北斗反射左旋天线位于装置下方，北斗直射右旋天线位于装置上方，显示屏位于装置上方。

所述北斗直射右旋天线为北斗双模天线，电压驻波比为2:1，中心频率为1575.42MHZ-1561MHZ，带宽±30MHz，放大器增益3dB。天线极性为右旋天线，右旋直射天线位于装置的正上方，朝向垂直向上。