一种基于双GPS接收机的土壤湿度实时测量系统及方法

摘要

本发明提供一种基于双GPS接收机的土壤湿度实时测量系统及方法，测量系统包括两个天线处于不同高度的GPS接收机，以及用于信号处理的计算机。测量方法中利用接收到的两路干涉信号的差值，得到幅度差分信号的实测值；再模拟获得幅度差分信号的理论值；最后通过波形匹配的方式，寻求与实测值波形值最为匹配的理论值，该理论值对应的湿度值就是待测的土壤湿度值。本发明不再寻求干涉信号中拐点的存在，而是两个接收机协同作用，将干涉信号进行差分运算，得到幅度差分信号；采用理论值与真实参考值进行最短余弦距离匹配的方法，来测量土壤湿度，可以提高探测精度。

主权项

一种利用双GPS接收机系统进行土壤湿度实时测量的方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，采集双路干涉信号；利用两个垂直极化的GPS接收天线和两个GPS接收机分别接收不同高度上的由GPS直达信号与地面反射信号形成的干涉信号；两个干涉信号在两个GPS接收机内经过处理得到两个干涉信号的功率；两个干涉信号的功率经过USB接口送至计算机；步骤2，获得双路干涉信号的幅度差分信号的实测值；计算机对两个干涉信号的功率进行由增益到幅度的转化，先按仰角从低到高排列，再进行滤波处理，然后做差分运算，得到两个干涉信号的幅度差分信号的实测波形；步骤3，计算双路干涉信号的幅度差分信号的理论值；设定土壤湿度和GPS接收机高度的范围及两者的步进变化，计算机对每组设定的土壤湿度值和GPS接收机高度值，依据干涉理论进行模拟，得到干涉信号的幅度差分信号的理论波形；步骤4，根据理论值和实测值求土壤湿度的最佳匹配值，确定待测土壤湿度；对每组设定的土壤湿度值和GPS接收机高度值对应的每个干涉信号的幅度差分信号，计算其理论值与实测值的余弦距离，比较这些余弦距离的大小，余弦距离最大值点对应的土壤湿度就是待测土壤的湿度。