[发明专利]一种基于GNSS-IR的土壤含水率实时连续监测方法

权利要求书

1.一种基于GNSS-IR的土壤含水率实时连续监测方法，其特征在于，包括：

随机选取土壤湿度采样点，获取土壤湿度采样点的单天线GNSS原始观测数据；

根据单天线GNSS原始观测数据，获取低高度角的SNR观测值；

基于低高度角的SNR观测值，单天线GNSS同时接收来自卫星的低高度角的SNR信号与附近土壤的反射SNR信号，二者叠加产生单天线GNSS的SNR干涉信号，对SNR干涉信号进行去趋势处理及频谱分析，获取多径反射信号的三个特征参量：振幅A_m、频率f及相位

建立实测土壤湿度与多径反射信号的振幅、频率及相位间的三元线性回归模型；

将振幅A_m、频率f及相位作为自变量输入三元线性回归模型反演出土壤湿度的值。

2.如权利要求1所述的一种基于GNSS-IR的土壤含水率实时连续监测方法，其特征在于，所述根据单天线GNSS原始观测数据，获取低高度角的SNR观测值，包括：

设置单天线GNSS信号接收机架设高度为1.72m；

利用teqc软件读取卫星观测数据并将其导入matlab中；

利用matlab提取合适卫星prn号所对应的低高度角的SNR观测值。

3.如权利要求1所述的一种基于GNSS-IR的土壤含水率实时连续监测方法，其特征在于，所述获取多径反射信号的三个特征参量，振幅A_m、频率f及相位包括：

单天线GNSS信号机接收到的干涉信号信噪比SNR表示为：

其中，A_d、A_m分别表示卫星直射信号和反射信号的振幅，ψ为两者的相位差；

获取正弦振荡的多径反射信号SNR_m，正弦振荡的多径反射信号SNR_m表示为：

其中，h为天线相对于反射面的高度，卫星高度角为E，为初始相位，λ为波长；

通过对SNR_m信号进行谱分析，获得多径信号的振荡频率f和等效天线高度h；

利用最小二乘法对SNR_m进行拟合，得到多径信号的幅度A_m和初始相位

4.如权利要求3所述的一种基于GNSS-IR的土壤含水率实时连续监测方法，其特征在于，所述获取正弦振荡的多径反射信号SNR_m包括：

反射信号比直射信号到达天线处所需传播的路程设为δ，则δ满足：

δ＝2hsinβ＝2hsin|E-θ|

其中，反射面与水平面的倾角为θ，卫星高度角为E，β定义为高度角与倾角之差，即直射信号与反射面的夹角，h为天线相对于反射面的高度；

假设反射面与水平面之间的夹角忽略不计，θ等于0，上式表示为：

δ＝2hsinE

则，反射信号与直射信号的相位差为：

通过上式，多径震荡的频率计算如下：

因为每天观测的SNR的时间都在几小时之内，等效天线高度的变化率忽略，则上式进一步简化为：

结合以上公式，去掉与反射面特性无关的直射信号，只保留多径振荡信号，该信号用正弦信号进行拟合，获取正弦振荡的多径反射信号SNR_m。

5.如权利要求4所述的一种基于GNSS-IR的土壤含水率实时连续监测方法，其特征在于，所述对SNR_m信号进行频谱分析，包括：

采用Lomb-Scargle谱分析方法，对SNR_m信号进行频谱分析。

6.如权利要求2所述的一种基于GNSS-IR的土壤含水率实时连续监测方法，其特征在于，所述低高度角为2°～30°。