[发明专利]基于北斗基准站接收的低仰角信号的土壤湿度反演方法

摘要

本发明公开了基于北斗基准站接收的低仰角信号的土壤湿度反演方法，利用长期观测的干涉信号的相位差进行湿度反演，例如类似北斗基准站的数据，由于干涉信号的相位变化与土壤湿度变化呈一定的关联关系，所以可以利用已实测的数据统计出相位与土壤湿度的对应关系，建立利用相位来反演土壤湿度的数学模型。之后根据当天的北斗卫星干涉信号的信噪比数据、提取出当天干涉功率信号的相位来反演当天的土壤湿度。本方法能应用于农业或气象研究，本发明的实施将会扩大北斗系统的应用范围。

主权项

一种基于北斗基准站接收的低仰角信号的土壤湿度反演方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.原始数据接收：通过北斗接收机获取北斗IGSO卫星B1信号的仰角elev1、方位角Azimuth1、B1信号的信噪比S1序列，从中选择低仰角的信号，作为处理的序列；步骤2.数据预选：由于北斗IGSO卫星B1信号的24小时的周期性，每天选择同一仰角范围的数据，即IGSO卫星仰角上升期间的干涉信号的信噪比数据作为待处理的数据源；步骤3.北斗IGSO卫星B1干涉信号的信噪比数据的预处理；其具体实现包括以下子步骤：步骤3.1.去噪：由于待处理干涉信号的信噪比数据中包含有高频噪声，故对其进行低通滤波处理；步骤3.2.去趋势项：由于北斗接收机的天线波束模式对不同仰角的卫星信号有不同增益，因此干涉信号的信噪比数据随仰角变化，这是一个缓变的过程，表现为一个趋势项，故拟合出待处理干涉信号的信噪比数据的曲线趋势项，再将其去掉；步骤3.3.数据重组：将待处理干涉信号的信噪比数据按仰角的正弦排列，合并相同元素得新的仰角正弦—信噪比序列；步骤3.4.非均匀采样信号频谱分析：利用非均匀采样信号频谱分析方法来获得待处理信噪比信号数据的频率；步骤3.5.非线性最小二乘曲线拟合：由于信噪比信号模型是相对于正弦仰角的正弦信号，故采用最小二乘法对待处理数据的信噪比信号进行正弦函数的曲线拟合，拟合出规则的正弦信号；步骤4.建立待处理数据的拟合干涉信号相位值与土壤湿度经验关系，获得拟合的干涉信号的相位基本变化趋势与土壤湿度变化趋势的抛物线关系；步骤5.利用抛物线关系来反演土壤湿度：获得某天北斗IGSO卫星B1卫星信噪比数据之后，经过数据处理拟合出当天干涉信号相位，代入抛物线关系中求出当天的土壤湿度。