CN105572150A - 基于扩频的双通道粮食水分测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于扩频的双通道粮食水分测量方法和装置。所述的方法包括：利用伪随机序列信号对原始微波信号进行调制处理得到伪码扩频微波信号，将伪码扩频微波信号分别经过测量通道和参考通道进行传输，利用伪随机序列信号对测量通道、参考通道的输出信号进行解调处理得到测试信号和参考信号，根据测试信号和参考信号的幅度差值得到能量衰减Δp，根据测试信号的互相关函数计算出所述原始微波信号对应的相位移Δφ；根据能量衰减Δp、相位移Δφ计算出测量通道中的待测量水分的粮食中的水分含量。本发明实施例屏蔽了密度变化对测量结果的影响，从而避免了传统微波测试中需集成γ射线测容重(密度)，简化了粮食水分测试仪的设计。

Description

基于扩频的双通道粮食水分测量方法和装置

技术领域

本发明涉及粮食水分测量技术领域，尤其涉及一种基于扩频的双通道粮食水分测量方法和装置。

背景技术

小麦等粮食在收购、存储、运输和加工的过程中，水分的检测和控制非常重要。

目前，现有技术中的小麦等粮食中的水分的检测方法为：通过微波水分检测设备采用单参数(幅度)测量方式来测量小麦中的水分数据，再利用放射性元素(例如铯)产生的γ射线来测量小麦的容重，根据该容重对小麦中的水分数据进行修正，提高测量精度。

上述现有技术中的小麦等粮食中的水分的检测方法的缺点为：铯等放射性元素对粮食有一定的辐射污染，虽然元素铯的衰减快，积累效果不明显，但对于高品质面粉加工还是产生了一定影响。同时，放射性元素的使用受到了国家公安部门的严格管制，设备的使用、管理成本高。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于扩频的双通道粮食水分测量方法和装置，以实现有效地、安全地测量粮食中的水分含量。

本发明实施例提供了如下方案：

一种基于扩频的双通道粮食水分测量方法，包括：

利用伪随机序列信号对原始微波信号进行调制处理，得到伪码扩频微波信号，将所述伪码扩频微波信号分别经过测量通道和参考通道进行传输，所述测量通道中包含待测量水分的粮食；

利用所述伪随机序列信号对所述测量通道的输出信号进行解调处理得到测试信号，利用所述伪随机序列信号对所述参考通道的输出信号进行解调处理得到参考信号，根据所述测试信号和参考信号的幅度差值得到所述原始微波信号对应的能量衰减Δp，根据所述测试信号的互相关函数计算出所述原始微波信号对应的相位移Δφ；

根据所述能量衰减Δp、相位移Δφ计算出所述测量通道中的待测量水分的粮食中的水分含量。

所述的利用伪随机序列信号对原始微波信号进行调制处理，得到伪码扩频微波信号，将所述伪码扩频微波信号分别经过测量通道和参考通道进行传输，所述测量通道中包含待测量水分的粮食，包括：

设置两路结构完全一致的通道：测试通道与参考通道，所述测试通道、参考通道中都包括发送天线和接收天线，所述测量通道中包含待测量水分的粮食；

将原始微波信号与伪随机序列信号进行相乘调制处理，得到伪码扩频微波信号，所述伪随机序列信号与所述测试通道、参考通道中的干扰信号不相关，利用功分器将所述伪码扩频微波信号分成两路伪码扩频微波信号，所述测量通道中的发射天线将一路伪码扩频微波信号在所述测量通道中进行发射，所述参考通道中的发射天线将一路伪码扩频微波信号在所述参考通道中进行发射。

所述的利用所述伪随机序列信号对所述测量通道的输出信号进行解调处理得到测试信号，利用所述伪随机序列信号对所述参考通道的输出信号进行解调处理得到参考信号，根据所述测试信号和参考信号的幅度差值得到所述原始微波信号对应的能量衰减Δp，包括：

所述测量通道中的接收机捕获到所述测量通道的输出信号，所述参考通道中的接收机捕获到所述参考通道的输出信号，利用所述伪随机序列信号对所述测量通道的输出信号的数字采样信号进行所述相乘调制处理对应的相关解调处理得到测试信号，利用所述伪随机序列信号对所述参考通道的输出信号的数字采样信号进行所述相乘调制处理对应的相关解调处理得到参考信号。

测量出所述测试信号的幅度峰值为p₁，测量出所述参考信号的幅度峰值为p₂，则所述原始微波信号对应的能量衰减Δp的计算公式为：

Δp＝[p₁-p₂]。

所述的根据所述测试信号的互相关函数计算出所述原始微波信号对应的相位移Δφ，包括：

设所述测量通道中的发射机发射的微波信号为s(t)，所述测试信号为x(t)，所述测量通道的噪声干扰信号为m(t)，所述伪随机序列信号为x₀(t)，所述x(t)的接收时间和所述s(t)的发射时间之间的时间差为t₀，所述s(t)和所述m(t)互不相关；

则：x(t)＝s(t)+m(t)

y(t)＝x(t-t₀)

用所述x₀(t)和所述y(t)进行伪码相关运算，得到所述x₀(t)和所述y(t)的相关函数R_xy(τ)，

R_xy(τ)＝E(y(t+τ)·x₀(t))

所述E表示伪码相关运算，所述τ表示所述x₀(t)的相位延迟量，测量出所述R_xy(τ)的极大值，所述R_xy(τ)的极大值对应的τ值为τ₀，设f为所述原始微波信号的频率，则所述原始微波信号对应的相位移Δφ的计算公式为：

Δφ＝2πfτ₀。

所述的根据所述能量衰减Δp、相位移Δφ计算出所述测量通道中的待测量水分的粮食中的水分含量，包括：

设所述测量通道中的待测量水分的粮食的厚度为γ、疏密度为ρ，待测量水分的粮食中的水分含量为x；

则：

$\frac{\mathrm{\Δp}}{\mathrm{\γ\ρ}}=k_{1}x+k_2$

$\frac{\mathrm{\Δ\φ}}{\mathrm{\γ\ρ}}=k_{3}x+k_4$

式中，k₁、k₂、k₃、k₄均为设定的待测量水分的粮食的回归系数，解得待测量水分的粮食中的水分含量x的计算公式为:

$x=\frac{k_4\mathrm{\Δp}-k_2\mathrm{\Δ\φ}}{k_1\mathrm{\Δ\φ}{-k}_3\mathrm{\Δp}}$

一种基于扩频的双通道粮食水分测量装置，包括：

微波信号调制模块，用于利用伪随机序列信号对原始微波信号进行调制处理，得到伪码扩频微波信号；

微波信号传输模块，用于将所述伪码扩频微波信号分别经过测量通道和参考通道进行传输，所述测量通道中包含待测量水分的粮食；

微波信号解调模块，用于利用所述伪随机序列信号对所述测量通道的输出信号进行解调处理得到测试信号，利用所述伪随机序列信号对所述参考通道的输出信号进行解调处理得到参考信号；

能量衰减和相位移计算模块，用于根据所述测试信号和参考信号的幅度差值得到所述原始微波信号对应的能量衰减Δp，根据所述测试信号的互相关函数计算出所述原始微波信号对应的相位移Δφ；

水分含量计算模块，用于根据所述能量衰减Δp、相位移Δφ计算出所述测量通道中的待测量水分的粮食中的水分含量。

所述的微波信号调制模块，用于将原始微波信号与伪随机序列信号进行相乘调制处理，得到伪码扩频微波信号，所述伪随机序列信号与所述测试通道、参考通道中的干扰信号不相关；

所述的微波信号传输模块，用于设置两路结构完全一致的通道：测试通道与参考通道，所述测试通道、参考通道中都包括发送天线和接收天线，所述测量通道中包含待测量水分的粮食；

利用功分器将所述伪码扩频微波信号分成两路伪码扩频微波信号，所述测量通道中的发射天线将一路伪码扩频微波信号在所述测量通道中进行发射，所述参考通道中的发射天线将一路伪码扩频微波信号在所述参考通道中进行发射。

所述的微波信号解调模块，用于通过所述测量通道中的接收机捕获到所述测量通道的输出信号，通过所述参考通道中的接收机捕获到所述参考通道的输出信号，利用所述伪随机序列信号对所述测量通道的输出信号的数字采样信号进行所述相乘调制处理对应的相关解调处理得到测试信号，利用所述伪随机序列信号对所述参考通道的输出信号的数字采样信号进行所述相乘调制处理对应的相关解调处理得到参考信号；

所述的能量衰减和相位移计算模块，用于测量出所述测试信号的幅度峰值为p₁，测量出所述参考信号的幅度峰值为p₂，则所述原始微波信号对应的能量衰减Δp的计算公式为：

Δp＝[p₁-p₂]；

设所述测量通道中的发射机发射的微波信号为s(t)，所述测试信号为x(t)，所述测量通道的噪声干扰信号为m(t)，所述伪随机序列信号为x₀(t)，所述x(t)的接收时间和所述s(t)的发射时间之间的时间差为t₀，所述s(t)和所述m(t)互不相关；

则：x(t)＝s(t)+m(t)

y(t)＝x(t-t₀)

用所述x₀(t)和所述y(t)进行伪码相关运算，得到所述x₀(t)和所述y(t)的相关函数R_xy(τ)，

R_xy(τ)＝E(y(t+τ)·x₀(t))

所述E表示伪码相关运算，所述τ表示所述x₀(t)的相位延迟量，测量出所述R_xy(τ)的极大值，所述R_xy(τ)的极大值对应的τ值为τ₀，设f为所述原始微波信号的频率，则所述原始微波信号对应的相位移Δφ的计算公式为：

Δφ＝2πfτ₀。

所述的水分含量计算模块，用于设所述测量通道中的待测量水分的粮食的厚度为γ、疏密度为ρ，待测量水分的粮食中的水分含量为x；

则：

$\frac{\mathrm{\Δp}}{\mathrm{\γ\ρ}}=k_{1}x+k_2$

$\frac{\mathrm{\Δ\φ}}{\mathrm{\γ\ρ}}=k_{3}x+k_4$

式中，k₁、k₂、k₃、k₄均为设定的待测量水分的粮食的回归系数，解得待测量水分的粮食中的水分含量x的计算公式为:

$x=\frac{k_4\mathrm{\Δp}-k_2\mathrm{\Δ\φ}}{k_1\mathrm{\Δ\φ}{-k}_3\mathrm{\Δp}}.$

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明利用扩频技术实现的双通道粮食水分测试方案可同时测试透视微波的相位延迟量和能量衰减值，再根据相位延迟量和能量衰减值计算出粮食中的水分含量。本发明实施例屏蔽了密度变化对测量结果的影响。从而避免了传统微波测试中需集成γ射线测容重(密度)，简化了粮食水分测试仪的设计，同时也降低了系统的管理成本(放射性元素需经公安部门批准)。同时利用该方案实现的测水仪测试精度也要明显高于单参数测试仪。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种基于扩频的双通道粮食水分测量方法的实现原理示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种基于扩频的双通道粮食水分测量方法的处理流程图；

图3为本发明实施例二提供的一种基于扩频的双通道粮食水分测量的结构示意图，图中，微波信号调制模块31、微波信号传输模块32、微波信号解调模块33、能量衰减和相位移计算模块34、水分含量计算模块35。

具体实施方式

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

本发明实施例利用扩频技术对发射的微波信号进行调制，调制后的微波信号透射过待测物后，产生功率衰减和相位偏移。接收端利用扩频信号的接收技术，检测出功率衰减值和相位偏移量。再经过数值计算，获得待测物的水分含量。

该实施例提供的一种基于扩频的双通道粮食水分测量方法的实现原理示意图如图1所示，具体处理流程图如图2所示，包括如下的处理步骤：

步骤S210、利用伪随机序列信号对原始微波信号进行调制处理，得到伪码扩频微波信号，将所述伪码扩频微波信号分别经过测量通道和参考通道进行传输，所述测量通道中包含待测量水分的粮食。

设置两路结构完全一致的通道：测试通道与参考通道，所述测试通道、参考通道中都包括发送天线和接收天线，所述测量通道中包含待测量水分的粮食。测量通道中的微波接收天线接收经过粮食堆衰减和延迟后的微波信号，而参考通道则为微波测量提供了一个测试基准，从而减小由于信号源不稳定和外界干扰造成的测量误差。

在发送端，微波信号源输出等幅度的原始微波信号，将原始微波信号与伪随机序列信号进行相乘调制处理，将原始微波信号的频谱扩展到很宽的频带上，得到伪码扩频微波信号。由于伪随机序列信号与所述测试通道、参考通道中的干扰信号的不相关，干扰信号在接收端被扩展，落入信号频带内的干扰信号极少，从而提高了系统的输出信噪(干)比(信噪比提高1000倍，30dB)，实现了提高信号幅度测量精度的目的。

利用功分器将所述伪码扩频微波信号分成两路伪码扩频微波信号，所述测量通道中的发射天线将一路伪码扩频微波信号在所述测量通道中进行发射，所述参考通道中的发射天线将一路伪码扩频微波信号在所述参考通道中进行发射。

步骤S220、利用所述伪随机序列信号对所述测量通道的输出信号进行解调处理得到测试信号，利用所述伪随机序列信号对所述参考通道的输出信号进行解调处理得到参考信号。

变换成功率相等的测试通路信号和参考通路信号。测试通路信号经发射天线、待测物、接收天线后，由模拟射频模块将射频信号变换到模拟中频信号。而参考通道信号经隔离器、射频滤波器后，也变换到模拟中频信号。两路模拟中频信号经A/D采样后，输入到扩频基带信号处理模块。基带处理模块将输入的A/D采样信号进行数字下变频，伪码捕获、载波同步、码同步、伪码匹配相关后，利用本地时钟系统获得两路伪码信号的相位差和功率衰减值，最终得到待测物的含水量。

所述测量通道中的接收机捕获到所述测量通道的输出信号，由模拟射频模块将测量通道的输出信号变换到模拟中频信号。所述参考通道中的接收机捕获到所述参考通道的输出信号，参考通道的输出信号经隔离器、射频滤波器后，也变换到模拟中频信号。两路模拟中频信号经A/D采样后，得到数字采样信号。

利用所述伪随机序列信号对所述测量通道的数字采样信号进行所述相乘调制处理对应的相关解调处理得到测试信号，利用所述伪随机序列信号对所述参考通道的数字采样信号进行所述相乘调制处理对应的相关解调处理得到参考信号。

步骤S230、根据所述测试信号和参考信号的幅度差值得到所述原始微波信号对应的能量衰减Δp，根据所述测试信号的互相关函数计算出所述原始微波信号对应的相位移Δφ。

测量出所述测试信号的幅度峰值为p₁，测量出所述参考信号的幅度峰值为p₂，则所述原始微波信号对应的能量衰减Δp的计算公式为：

Δp＝[p₁-p₂]。

设所述测量通道中的发射机发射的微波信号为s(t)，所述测试信号为x(t)，所述测量通道的噪声干扰信号为m(t)，所述伪随机序列信号为x₀(t)，所述x(t)的接收时间和所述s(t)的发射时间之间的时间差为t₀，所述s(t)和所述m(t)互不相关；

则：x(t)＝s(t)+m(t)

y(t)＝x(t-t₀)

用所述x₀(t)和所述y(t)进行伪码相关运算，得到所述x₀(t)和所述y(t)的相关函数R_xy(τ)。

R_xy(τ)＝E(y(t+τ)·x₀(t))

所述E表示伪码相关运算，所述τ表示所述x₀(t)的相位延迟量，测量出所述R_xy(τ)的极大值，所述R_xy(τ)的极大值对应的τ值为τ₀，设f为所述原始微波信号的频率，则所述原始微波信号对应的相位移Δφ的计算公式为：

Δφ＝2πfτ₀。

小麦着水仪微波水分检测设备的探道宽度一般为0.1-0.15m，粮食的相对介电常数约为2.3-5，水的相对介电系数约为80。因此微波信号透射过粮食后的相位延迟量最小为：

$\frac{0.1}{3\×{10}^8/\sqrt{2.3}}=0.5055\mathrm{ns}$

为了实现对微波信号的相位进行精确测试，测试系统的相位测量精度需高于最小相位延迟量一个数量级，即需达到0.05ns。本发明实施例中的扩频信号的解扩接收本质是时间积累，因此同时可实现能量信号的高精度测量。

步骤S240、根据所述能量衰减Δp、相位移Δφ计算出所述测量通道中的待测量水分的粮食中的水分含量。

应用微波技术测量粮食中的水分含量，就是通过测量在粮食中传播的微波的衰减和相移来实现的。要消除单参数测量中，密度变化对测量结果的影响,就需要对衰减和相移同时进行测量。我们称这种测水分含量的技术为“双参量技术”。

接收端利用扩频信号的接收技术，检测出功率衰减值和相位偏移量。再经过数值计算，获得待测物的水分含量。设所述测量通道中的待测量水分的粮食的厚度为γ、疏密度为ρ，待测量水分的粮食中的水分含量为x。

研究表明，设微波信号通过厚度为γ、疏密度为ρ的粮食层传播后，微波信号的能量衰减为Δp，相位移Δφ，上述两个参量Δp、Δφ和粮食水分含量之间大体上呈线性关系。而且，当单位厚度的Δp和Δφ除以相应于每一湿度的疏密度ρ时,这些参量和水分含量x的关系仍然是线性的,可用公式表达如下:

$\frac{\mathrm{\Δp}}{\mathrm{\γ\ρ}}=k_{1}x+k_2$ 公式1

$\frac{\mathrm{\Δ\φ}}{\mathrm{\γ\ρ}}=k_{3}x+k_4$ 公式2

式中,k₁、k₂、k₃、k₄均为设定的待测量水分的粮食的回归系数，把公式1和公式2联立起来，解得待测量水分的粮食中的水分含量x的计算公式为:

$x=\frac{k_4\mathrm{\Δp}-k_2\mathrm{\Δ\φ}}{k_1\mathrm{\Δ\φ}{-k}_3\mathrm{\Δp}}$ 公式3

上式表明，水分含量x是测得的衰减量和相位移的函数，而与密度ρ无关。该方法成功地屏蔽了密度ρ。

本发明实施例的方案的总体设计参数如下：

实施例二

该实施例提供的一种基于扩频的双通道粮食水分测量装置的结构示意图如图3所示，包括如下的模块：微波信号调制模块31、微波信号传输模块32、微波信号解调模块33、能量衰减和相位移计算模块34、水分含量计算模块35。

微波信号调制模块31，用于利用伪随机序列信号对原始微波信号进行调制处理，得到伪码扩频微波信号；

微波信号传输模块32，用于将所述伪码扩频微波信号分别经过测量通道和参考通道进行传输，所述测量通道中包含待测量水分的粮食；

微波信号解调模块33，用于利用所述伪随机序列信号对所述测量通道的输出信号进行解调处理得到测试信号，利用所述伪随机序列信号对所述参考通道的输出信号进行解调处理得到参考信号；

能量衰减和相位移计算模块34，用于根据所述测试信号和参考信号的幅度差值得到所述原始微波信号对应的能量衰减Δp，根据所述测试信号的互相关函数计算出所述原始微波信号对应的相位移Δφ；

水分含量计算模块35，用于根据所述能量衰减Δp、相位移Δφ计算出所述测量通道中的待测量水分的粮食中的水分含量。

进一步地，所述的微波信号调制模块31，用于将原始微波信号与伪随机序列信号进行相乘调制处理，得到伪码扩频微波信号，所述伪随机序列信号与所述测试通道、参考通道中的干扰信号不相关；

所述的微波信号传输模块32，用于设置两路结构完全一致的通道：测试通道与参考通道，所述测试通道、参考通道中都包括发送天线和接收天线，所述测量通道中包含待测量水分的粮食；

利用功分器将所述伪码扩频微波信号分成两路伪码扩频微波信号，所述测量通道中的发射天线将一路伪码扩频微波信号在所述测量通道中进行发射，所述参考通道中的发射天线将一路伪码扩频微波信号在所述参考通道中进行发射。

所述的微波信号解调模块33，用于通过所述测量通道中的接收机捕获到所述测量通道的输出信号，通过所述参考通道中的接收机捕获到所述参考通道的输出信号，利用所述伪随机序列信号对所述测量通道的输出信号的数字采样信号进行所述相乘调制处理对应的相关解调处理得到测试信号，利用所述伪随机序列信号对所述参考通道的输出信号的数字采样信号进行所述相乘调制处理对应的相关解调处理得到参考信号；

所述的能量衰减和相位移计算模块34，用于测量出所述测试信号的幅度峰值为p₁，测量出所述参考信号的幅度峰值为p₂，则所述原始微波信号对应的能量衰减Δp的计算公式为：

Δp＝[p₁-p₂]；

设所述测量通道中的发射机发射的微波信号为s(t)，所述测试信号为x(t)，所述测量通道的噪声干扰信号为m(t)，所述伪随机序列信号为x₀(t)，所述x(t)的接收时间和所述s(t)的发射时间之间的时间差为t₀，所述s(t)和所述m(t)互不相关；

则：x(t)＝s(t)+m(t)

y(t)＝x(t-t₀)

用所述x₀(t)和所述y(t)进行伪码相关运算，得到所述x₀(t)和所述y(t)的相关函数R_xy(τ)，

R_xy(τ)＝E(y(t+τ)·x₀(t))

所述E表示伪码相关运算，所述τ表示所述x₀(t)的相位延迟量，测量出所述R_xy(τ)的极大值，所述R_xy(τ)的极大值对应的τ值为τ₀，设f为所述原始微波信号的频率，则所述原始微波信号对应的相位移Δφ的计算公式为：

Δφ＝2πfτ₀。

所述的水分含量计算模块35，用于设所述测量通道中的待测量水分的粮食的厚度为γ、疏密度为ρ，待测量水分的粮食中的水分含量为x；

则：

$\frac{\mathrm{\Δp}}{\mathrm{\γ\ρ}}=k_{1}x+k_2$

$\frac{\mathrm{\Δ\φ}}{\mathrm{\γ\ρ}}=k_{3}x+k_4$

式中，k₁、k₂、k₃、k₄均为设定的待测量水分的粮食的回归系数，解得待测量水分的粮食中的水分含量x的计算公式为:

$x=\frac{k_4\mathrm{\Δp}-k_2\mathrm{\Δ\φ}}{k_1\mathrm{\Δ\φ}{-k}_3\mathrm{\Δp}}.$

用本发明实施例的装置进行基于扩频的双通道粮食水分测量的具体过程与前述装置实施例类似，此处不再赘述。

综上所述，本发明实施例利用扩频技术实现的双通道粮食水分测试方案可同时测试透视微波的相位延迟量和能量衰减值，再根据相位延迟量和能量衰减值计算出粮食中的水分含量。本发明实施例屏蔽了密度变化对测量结果的影响。从而避免了传统微波测试中需集成γ射线测容重(密度)，简化了粮食水分测试仪的设计，同时也降低了系统的管理成本(放射性元素需经公安部门批准)。同时利用该方案实现的测水仪测试精度也要明显高于单参数测试仪，实现了有效地、安全地、经济地测量粮食中的水分含量。

本发明实施例避免了铯等放射性元素对粮食的辐射污染，有效地保证了高品质面粉等粮食的安全性。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于扩频的双通道粮食水分测量方法，其特征在于，包括：

利用伪随机序列信号对原始微波信号进行调制处理，得到伪码扩频微波信号，将所述伪码扩频微波信号分别经过测量通道和参考通道进行传输，所述测量通道中包含待测量水分的粮食；

利用所述伪随机序列信号对所述测量通道的输出信号进行解调处理得到测试信号，利用所述伪随机序列信号对所述参考通道的输出信号进行解调处理得到参考信号，根据所述测试信号和参考信号的幅度差值得到所述原始微波信号对应的能量衰减Δp，根据所述测试信号的互相关函数计算出所述原始微波信号对应的相位移Δφ；

根据所述能量衰减Δp、相位移Δφ计算出所述测量通道中的待测量水分的粮食中的水分含量。

2.根据权利要求1所述的基于扩频的双通道粮食水分测量方法，其特征在于，所述的利用伪随机序列信号对原始微波信号进行调制处理，得到伪码扩频微波信号，将所述伪码扩频微波信号分别经过测量通道和参考通道进行传输，所述测量通道中包含待测量水分的粮食，包括：

设置两路结构完全一致的通道：测试通道与参考通道，所述测试通道、参考通道中都包括发送天线和接收天线，所述测量通道中包含待测量水分的粮食；

将原始微波信号与伪随机序列信号进行相乘调制处理，得到伪码扩频微波信号，所述伪随机序列信号与所述测试通道、参考通道中的干扰信号不相关，利用功分器将所述伪码扩频微波信号分成两路伪码扩频微波信号，所述测量通道中的发射天线将一路伪码扩频微波信号在所述测量通道中进行发射，所述参考通道中的发射天线将一路伪码扩频微波信号在所述参考通道中进行发射。

3.根据权利要求2所述的基于扩频的双通道粮食水分测量方法，其特征在于，所述的利用所述伪随机序列信号对所述测量通道的输出信号进行解调处理得到测试信号，利用所述伪随机序列信号对所述参考通道的输出信号进行解调处理得到参考信号，根据所述测试信号和参考信号的幅度差值得到所述原始微波信号对应的能量衰减Δp，包括：

所述测量通道中的接收机捕获到所述测量通道的输出信号，所述参考通道中的接收机捕获到所述参考通道的输出信号，利用所述伪随机序列信号对所述测量通道的输出信号的数字采样信号进行所述相乘调制处理对应的相关解调处理得到测试信号，利用所述伪随机序列信号对所述参考通道的输出信号的数字采样信号进行所述相乘调制处理对应的相关解调处理得到参考信号。

测量出所述测试信号的幅度峰值为p₁，测量出所述参考信号的幅度峰值为p₂，则所述原始微波信号对应的能量衰减Δp的计算公式为：

Δp＝[p₁-p₂]。

4.根据权利要求2所述的基于扩频的双通道粮食水分测量方法，其特征在于，所述的根据所述测试信号的互相关函数计算出所述原始微波信号对应的相位移Δφ，包括：

设所述测量通道中的发射机发射的微波信号为s(t)，所述测试信号为x(t)，所述测量通道的噪声干扰信号为m(t)，所述伪随机序列信号为x₀(t)，所述x(t)的接收时间和所述s(t)的发射时间之间的时间差为t₀，所述s(t)和所述m(t)互不相关；

则：x(t)＝s(t)+m(t)

y(t)＝x(t-t₀)

用所述x₀(t)和所述y(t)进行伪码相关运算，得到所述x₀(t)和所述y(t)的相关函数R_xy(τ)，

R_xy(τ)＝E(y(t+τ)·x₀(t))

所述E表示伪码相关运算，所述τ表示所述x₀(t)的相位延迟量，测量出所述R_xy(τ)的极大值，所述R_xy(τ)的极大值对应的τ值为τ₀，设f为所述原始微波信号的频率，则所述原始微波信号对应的相位移Δφ的计算公式为：

Δφ＝2πfτ₀。

5.根据权利要求1至4任一项所述的基于扩频的双通道粮食水分测量方法，其特征在于，所述的根据所述能量衰减Δp、相位移Δφ计算出所述测量通道中的待测量水分的粮食中的水分含量，包括：

设所述测量通道中的待测量水分的粮食的厚度为γ、疏密度为ρ，待测量水分的粮食中的水分含量为x；

则：

式中，k₁、k₂、k₃、k₄均为设定的待测量水分的粮食的回归系数，解得待测量水分的粮食中的水分含量x的计算公式为:

。

6.一种基于扩频的双通道粮食水分测量装置，其特征在于，包括：

微波信号调制模块，用于利用伪随机序列信号对原始微波信号进行调制处理，得到伪码扩频微波信号；

微波信号传输模块，用于将所述伪码扩频微波信号分别经过测量通道和参考通道进行传输，所述测量通道中包含待测量水分的粮食；

微波信号解调模块，用于利用所述伪随机序列信号对所述测量通道的输出信号进行解调处理得到测试信号，利用所述伪随机序列信号对所述参考通道的输出信号进行解调处理得到参考信号；

能量衰减和相位移计算模块，用于根据所述测试信号和参考信号的幅度差值得到所述原始微波信号对应的能量衰减Δp，根据所述测试信号的互相关函数计算出所述原始微波信号对应的相位移Δφ；

水分含量计算模块，用于根据所述能量衰减Δp、相位移Δφ计算出所述测量通道中的待测量水分的粮食中的水分含量。

7.根据权利要求6所述的基于扩频的双通道粮食水分测量装置，其特征在于：

所述的微波信号调制模块，用于将原始微波信号与伪随机序列信号进行相乘调制处理，得到伪码扩频微波信号，所述伪随机序列信号与所述测试通道、参考通道中的干扰信号不相关；

所述的微波信号传输模块，用于设置两路结构完全一致的通道：测试通道与参考通道，所述测试通道、参考通道中都包括发送天线和接收天线，所述测量通道中包含待测量水分的粮食；

利用功分器将所述伪码扩频微波信号分成两路伪码扩频微波信号，所述测量通道中的发射天线将一路伪码扩频微波信号在所述测量通道中进行发射，所述参考通道中的发射天线将一路伪码扩频微波信号在所述参考通道中进行发射。

8.根据权利要求7所述的基于扩频的双通道粮食水分测量装置，其特征在于：

所述的微波信号解调模块，用于通过所述测量通道中的接收机捕获到所述测量通道的输出信号，通过所述参考通道中的接收机捕获到所述参考通道的输出信号，利用所述伪随机序列信号对所述测量通道的输出信号的数字采样信号进行所述相乘调制处理对应的相关解调处理得到测试信号，利用所述伪随机序列信号对所述参考通道的输出信号的数字采样信号进行所述相乘调制处理对应的相关解调处理得到参考信号；

所述的能量衰减和相位移计算模块，用于测量出所述测试信号的幅度峰值为p₁，测量出所述参考信号的幅度峰值为p₂，则所述原始微波信号对应的能量衰减Δp的计算公式为：

Δp＝[p₁-p₂]；

设所述测量通道中的发射机发射的微波信号为s(t)，所述测试信号为x(t)，所述测量通道的噪声干扰信号为m(t)，所述伪随机序列信号为x₀(t)，所述x(t)的接收时间和所述s(t)的发射时间之间的时间差为t₀，所述s(t)和所述m(t)互不相关；

则：x(t)＝s(t)+m(t)

y(t)＝x(t-t₀)

用所述x₀(t)和所述y(t)进行伪码相关运算，得到所述x₀(t)和所述y(t)的相关函数R_xy(τ)，

R_xy(τ)＝E(y(t+τ)·x₀(t))

所述E表示伪码相关运算，所述τ表示所述x₀(t)的相位延迟量，测量出所述R_xy(τ)的极大值，所述R_xy(τ)的极大值对应的τ值为τ₀，设f为所述原始微波信号的频率，则所述原始微波信号对应的相位移Δφ的计算公式为：

Δφ＝2πfτ₀。

9.根据权利要求6至8任一项所述的基于扩频的双通道粮食水分测量装置，其特征在于：

所述的水分含量计算模块，用于设所述测量通道中的待测量水分的粮食的厚度为γ、疏密度为ρ，待测量水分的粮食中的水分含量为x；

则：

式中，k₁、k₂、k₃、k₄均为设定的待测量水分的粮食的回归系数，解得待测量水分的粮食中的水分含量x的计算公式为:

。