[发明专利]一种基于GNSS-IR的土壤含水率实时连续监测方法

说明书

本发明公开了一种基于GNSS‑IR的土壤含水率实时连续监测方法，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，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及相位利用农田采集的试验数据，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。该方法具有成本低、可连续观察、应用范围广、易于操作等优点。

技术领域

本发明涉土壤湿度测量技术领域，更具体的涉及一种基于GNSS-IR的土壤含水率实时连续监测方法。

背景技术

GNSS-R(Global Navigation Satellite System Reflectome-try)即全球卫星导航系统反射信号作为一种新兴的微波遥感技术，以其拥有丰富的信号源、成本低、不受气候限制等的优势得以迅速发展。其可利用地基的GNSS接收器对直射信号和反射信号进行处理，由于反射信号对土壤湿度敏感，因此可以用于土壤湿度的反演。

针对不同的GNSS-R技术分支，可以将信号接收体制大致分为单天线观测模式、双天线观测模式以及三天线观测模式。其中单天线法(Global navigation satellitesystem interferometric reflectometry，GNSS-IR)利用一根右旋圆极化天线接收卫星信号；双天线法分别用左旋圆极化天线和右旋圆极化天线接收GNSS直射和反射信号进行反演；三天线法相较于双天线法增加了一根右旋圆极化天线用来接收反射信号中的右旋分量，但是基本原理与双天线模式的差异不大。与双天线发和三天线法相比，单天线法只需架设一根右旋圆极化天线，并且无需研制专门的接收机，直接采用地球物理或地球测绘类接收机即可，成本低廉，操作简单。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种单极化天线GNSS土壤湿度测量方法，使用一根右旋圆极化天线，利用接收到信号的相位差来反演土壤湿度，可行性较强，便于操作，成本较低，且可以连续观测。

本发明实施例提供一种基于GNSS-IR的土壤含水率实时连续监测方法，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；

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

利用农田采集的试验数据，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。

进一步，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2°～30°高度角的SNR观测值。

进一步，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：