[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

摘要

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；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。本发明在利用卫星导航反射信号遥感探测技术领域里具有较好的应用前景。

主权项

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，其特征在于：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；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；所述北斗反射左旋天线为北斗双模天线，天线中心频率1575.42MHZ‑1561MHZ，增益12dB，波束角30°，天线极性为左旋天线，该天线置于装置的正下方，朝向的可调角度即与水平方向夹角为30°～75°；所述UM220模块为UM220‑III N双系统高性能GNSS模块，单芯片支持BD2/GPS功能，无需外接CPU即可直接输出NMEA数据，支持单系统独立定位和多系统联合定位，通过连接北斗右旋天线，将解调得到的NEMA数据和定位信息直接输出至嵌入式系统显示器模块以可见星和接收机的经纬度、高度信息显示；所述的嵌入式系统包括时基模块、直射信号处理通道、通讯接口、反射信号处理通道、射频模块、A/D转换模块和土壤湿度反演模块、显示屏；北斗反射左旋天线和北斗直射右旋天线分别将反射信号和直射信号传输至射频模块和A/D转换模块，将处理后得到2bit的直射数字信号和反射数字信号分别传输至直射信号处理通道和反射信号处理通道，直射信号处理通道将通道信息通过通讯接口对反射信号处理通道进行通道选择和延时控制，反射信号处理通道将环路控制的信息通过通讯接口传输至直射信号处理通道；直射信号相关处理通道和反射信号相关处理通道分别将直射信号相关功率和反射信号相关功率传输至土壤湿度反演模块，土壤湿度湿度模块将其反演得到的数据传输至显示屏；该时基模块由高精度温补晶振和时钟输出电路组成，彼此相互连接；通过将高精度温补晶振输出的时钟信号传输至直射信号处理通道、通讯接口和反射信号处理通道模块，保证在直射信号和反射信号数据处理和计算时的时钟同步；该反射信号处理通道由载波产生模块、延迟C/A码产生模块及相关功率计算模块组成，彼此相互连接；载波产生模块主要是有嵌入式系统输出的载波控制字需要加或者减指定间隔的多普勒频移控制字，共同输入到反射信号处理通道的累加器中，以实现跟踪的卫星载波频率附加上所指定分辨率的多普勒频移；延迟C/A码产生模块主要是在反射通道中通过反射信号处理通道与直射信号处理通道的通讯接口直接复用相应直射通道产生的C/A码，通过移位寄存器来实现反射通道C/A码的延迟；相关功率计算模块主要是由每一路相关通道输出的1ms I，Q复数相关值经过平方、求和运算再进行累加，在积分清零信号的制下，得到反射信号二维相关功率值；该通讯接口是传输直射信号处理通道和反射信号处理通道的相关信息，即通道选择、载波控制字控制信息；该直射信号处理通道直射信号处理通道采用传统的超前‑即时‑滞后相关通道结构，计算由每一路相关通道输出的1ms I，Q复数相关值经过平方、求和运算再进行累加，在积分清零信号的制下，得到直射信号二维相关功率值；该射频模块是对接收到的直射信号和反射信号进行下变频处理；该A/D转化模块是对射频模块的处理数据和结果进行模数转换，并将转换后的数字信号传输给反射信号处理通道和直射信号处理通道进行相关处理；该土壤湿度反演模块是利用直射信号相关处理通道和反射信号相关处理通道输出的直射信号相关功率值和反射信号相关功率值按照土壤湿度数据处理流程进行土壤湿度计算，将计算得到的土壤湿度值输出到显示器模块；所述显示屏是将UM220传输的NEMA数据进行解调，以星空图形式显示当前时刻的可见星数目、方位角信息，并将接收机的经纬度、高度信息进行显示，在接收到土壤湿度反演模块输出的土壤湿度值后将土壤湿度值按照当前时刻进行实时显示。