申请/专利权人：山东大学

申请日：2024-01-12

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN117571968B

主分类号：G01N33/24

分类号：G01N33/24;G01S19/44;G01S19/25

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2024.03.08#实质审查的生效;2024.02.20#公开

摘要：本发明公开了一种基于GNSS‑IR的土壤湿度计算方法，属于GNSS‑IR土壤湿度反演技术领域，包括：采用大地测量型接收机采集地面监测数据，从监测数据中获取目标数据；根据目标数据选取满足测区范围的低仰角数据；根据频谱分析获取主频率，计算有效天线高度，筛选有效数据；以二阶多项式拟合数据作为SNR直射分量，根据其与干涉信号、反射分量的关系计算AmAd；计算土壤介电常数，计算适应频点下的土壤湿度估算值；剔除无效数据，保留有效数据；将有效数据按时间分辨率A分组，计算Z分数，剔除绝对值大于3的结果，取剩余结果的平均值作为模型计算结果。本发明采用上述的一种基于GNSS‑IR的土壤湿度计算方法，能够在没有实测土壤湿度的情况下对测区土壤湿度进行估算。

主权项：1.一种基于GNSS-IR的土壤湿度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S101、采用大地测量型接收机采集地面监测数据，从监测数据中获取目标数据；S102、根据目标数据选取满足测区范围的低仰角数据；S103、根据频谱分析获取主频率，计算有效天线高度，并筛选有效数据；S104、以二阶多项式拟合数据作为SNR直射分量，根据SNR直射分量与干涉信号、反射分量的关系计算AmAd；S105、根据菲涅尔反射系数方程，计算得到土壤介电常数，再通过Topp模型和Wang模型计算适应频点下的土壤湿度估算值；S106、剔除无效数据后，若每小时的数据服从正态分布，取95%置信区间内的数据作为有效数据；若不服从正态分布，则计算样本统计量，取样本统计量大于10的样本作为有效数据；S107、为匹配实测土壤湿度时间分辨率A，将步骤S106中有效数据按时间分辨率A分组，计算其Z分数，剔除绝对值大于3的结果，取剩余结果的平均值作为模型计算结果；步骤S101中，目标数据包括天线架设高度，每颗卫星的仰角、方位角、UTC时间和SNR数据以及实测土壤湿度数据；步骤S102中，低仰角范围为5~30°，低仰角数据包括每颗卫星的仰角、方位角、UTC时间、不同波段的SNR数据；步骤S103具体操作为：根据低仰角数据将仰角正弦化，并对SNR数据进行多项式拟合，以去除直射分量，得到SNR多径分量，并通过信号频谱分析获取主频率，计算有效天线高度，对比全站仪所测天线架设高度，剔除两者差异超过1.5m的数据；其中，SNR直射和反射信号表示为： （1）其中，，分别表示直射信号、反射信号的幅度；表示为二者的干涉信号的幅度，即信噪比；为两信号的相位差；提取出多径分量之后的序列振幅表示为： （2）其中，为信号波长；为相位；是反射分量；为天线相位中心到达裸土表面的垂直距离；为卫星高度角；将根据高度角分为上升、下降段，将高度角转化为高度角正弦序列，最后进行二阶多项式拟合，将直射分量去除；通过Lomb-Scargle变换进行谱分析，得到频率的谱，根据式（3）计算有效天线高度，并筛选有效数据； （3）其中，为主频率；为有效天线高；步骤S104具体操作为：反射信号相比直射信号的路径延迟应为： （4）其中，为镜面反射点到天线的距离；为镜面反射点到天线的水平距离；由GNSS-R几何构型中路径延迟、卫星高度角以及天线相位中心到达裸土表面的垂直距离间的关系，得到： （5）反射信号相比直射信号产生的相位差表示为： （6）信号经过一次反射到达天线相位中心，在一次反射的条件下，直射信号、反射信号分量及其对应角度符合正弦定理，建立： （7）其中，为GNSS-IR干涉信号振幅矢量关系中直射分量与反射分量间的夹角；为GNSS-IR干涉信号振幅矢量关系中干涉信号振幅与其反射分量间的夹角；为载波相位多路径误差；求解公式（7）得到： （8） 表示为： （9）步骤S105具体操作为：GNSS-IR采用右手圆极化天线接收直接与反射信号的叠加信号，根据水平和垂直偏振的菲涅尔反射系数，得到圆偏振反射系数，其中下标rr表示右手圆极化发射和右手圆极化接收； （10）在GNSS数据采集过程中，每个历元直射信号幅度不变，反射信号幅度也保持不变，物体表面反射的卫星信号的变化表示为： （11）其中，R为反射率，是圆偏振反射系数的平方；为反射信号功率；为直射信号功率；联立公式（10）和公式（11）计算土壤的介电常数；剔除无效数据为去除步骤S105计算结果小于0.1m3m3的数据。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 山东大学 一种基于GNSS-IR的土壤湿度计算方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD