CN113049777A - 一种gnss直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置。该装置中，双频右旋圆极化天线接收导航系统中N颗卫星的直射信号；导航系统包括GPS卫星导航系统和北斗卫星导航系统；双频左旋圆极化天线接收经待测土壤反射的导航系统的反射信号；双模导航模块产生定位信息；四通道射频前端对直射信号和反射信号进行转换得到四路数字中频信号；多通道直/反协同处理模块根据定位信息对四路数字中频信号进行干涉处理，得到反射率幅度和反射率相位；土壤湿度反演模块用于根据反射率幅度、反射率相位和定位信息进行反演得到待测土壤的湿度。本发明应用于多个不同高度角的卫星信号，从而得到土壤湿度，测量准确度高，适应范围广。
Description
技术领域
本发明涉及土壤湿度测量领域，特别是涉及一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置。
背景技术
利用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellites System，GNSS)反射信号进行地球表面物理参数的反演是遥感领域的新型技术之一，具有信号源广、成本低、探测设备轻等优势。该技术通过星载、机载或岸基的特殊装置接收、处理GNSS反射信号可进行地表物理参数的探测。
土壤湿度作为重要的水文参数，是内陆遥感领域长期关注的对象之一。GNSS反射信号技术通过连续接收处理GNSS直射信号和经地表反射的回波信号得到反射面的反射率，并利用GNSS卫星、接收平台以及镜面反射点之间的几何关系实现土壤湿度的反演。
通常的GNSS反射信号通过反射信号相关功率峰值计算土壤反射率，进而得到土壤湿度，该方法仅利用了土壤湿度反射率幅度信息，而忽略了相位信息。另一种方法是单天线干涉测量，即利用反射信号对直射信号的干扰形成的振荡测量土壤湿度反射率的幅度和相位，并反演得到土壤湿度，其最大缺点是时间分辨率低，且只能应用低高度角的卫星信号。
发明内容
基于此，有必要提供一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，以应用于多个不同高度角的卫星信号，从而得到土壤湿度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，包括：双频右旋圆极化天线、双频左旋圆极化天线、四通道射频前端、双模导航模块、多通道直/反协同处理模块和土壤湿度反演模块；
所述双频右旋圆极化天线用于接收导航系统中N颗卫星的直射信号；所述导航系统包括GPS卫星导航系统和北斗卫星导航系统；所述双频左旋圆极化天线用于接收经待测土壤反射的所述导航系统的反射信号；所述双模导航模块与所述双频右旋圆极化天线连接；所述四通道射频前端与所述双频右旋圆极化天线和所述双频左旋圆极化天线连接；所述双模导航模块用于接收所述直射信号，并产生定位信息；所述四通道射频前端用于对所述直射信号和所述反射信号进行转换，得到四路数字中频信号；所述多通道直/反协同处理模块分别与所述四通道射频前端和所述双模导航模块连接；所述多通道直/反协同处理模块用于根据所述定位信息对四路所述数字中频信号进行干涉处理，得到反射率幅度和反射率相位；所述土壤湿度反演模块分别与所述多通道直/反协同处理模块和所述双模导航模块连接；所述土壤湿度反演模块用于根据所述反射率幅度、所述反射率相位和所述定位信息进行反演得到所述待测土壤的湿度。
可选的，所述定位信息包括伪随机噪声号、伪距、载波频率、方位角、高度角、纬度、经度和高度。
可选的，所述GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，还包括：与所述土壤湿度反演模块和所述双模导航模块连接的土壤湿度监控模块；
所述土壤湿度监控模块用于对所述定位信息和所述待测土壤的湿度进行可视化显示，并当所述待测土壤的湿度超过预设湿度时进行告警。
可选的，所述多通道直/反协同处理模块包括卫星选择模块和N个四通道直/反射信号干涉处理模块；
所述卫星选择模块用于根据所述伪随机噪声号、所述伪距、所述载波频率、所述方位角、所述高度角、方位角范围和高度角范围从四路所述数字中频信号中选择镜面反射点对双频左旋圆极化天线可见的卫星信号，得到四路可见数字中频信号；
所述四通道直/反射信号干涉处理模块用于对四路所述可见数字中频信号进行干涉处理，得到反射率幅度和反射率相位。
可选的，所述土壤湿度反演模块包括N个幅度映射模块，N个相位映射模块、N个幅度/相位土壤湿度平均模块以及土壤湿度加权平均模块；
所述幅度映射模块用于由所述反射率幅度，根据幅度变化值与土壤湿度的映射关系，得到土壤湿度幅度估计值；
所述相位映射模块用于由所述反射率相位，根据相位变化值与土壤湿度的映射关系，得到土壤湿度相位估计值；
所述幅度/相位土壤湿度平均模块用于计算所述土壤湿度幅度估计值和所述土壤湿度相位估计值的平均值，得到土壤湿度估计值；
所述土壤湿度加权平均模块用于将N个土壤湿度估计值加权求和，得到所述待测土壤的湿度。
可选的，所述四通道射频前端包括GPS射频前端和北斗射频前端；
所述GPS射频前端用于对所述GPS卫星导航系统中卫星的直射信号和所述GPS卫星导航系统中卫星的反射信号进行数字化处理，得到两路GPS数字中频信号；所述数字化处理包括下变频、滤波、增益控制以及采样量化；
所述北斗射频前端用于对所述北斗卫星导航系统中卫星的直射信号和所述北斗卫星导航系统中卫星的反射信号进行数字化处理，得到两路北斗数字中频信号；两路所述GPS数字中频信号和两路所述北斗数字中频信号构成四路所述数字中频信号。
可选的，所述四通道直/反射信号干涉处理模块，包括：载波发生器、本地码发生器、载波剥离模块、伪码剥离模块、相干积分器、非相干累加模块和反射系数幅度/相位计算模块；
所述载波发生器用于根据所述卫星选择模块输出的所述载波频率产生本地载波；
所述本地码发生器用于根据所述卫星选择模块输出的所述伪随机噪声号和所述伪距产生本地伪码；
所述载波剥离模块用于将四路所述可见数字中频信号中的直射信号分别与所述本地载波相乘，得到两路载波剥离直射信号，并将四路所述可见数字中频信号中的反射信号分别与所述本地载波相乘，得到两路载波剥离反射信号；
所述伪码剥离模块用于将两路所述载波剥离直射信号分别与所述本地伪码相乘，将两路所述载波剥离反射信号分别与所述本地伪码相乘，得到四路干涉信号；
所述相干积分器用于对所述干涉信号进行相干积分；
所述非相干累加模块用于对相干积分后的复数进行多次非相干累加，得到相关功率值；
所述反射系数幅度/相位计算模块用于根据所述相关功率值计算反射率幅度和反射率相位。
可选的，所述土壤湿度监控模块与所述多通道直/反协同处理模块连接；所述多通道直/反协同处理模块用于接收所述土壤湿度监控模块发送的方位角范围和高度角范围。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置。该装置通过双频右旋圆极化(Right-Handed CircularPolarization，RHCP)天线和双频左旋圆极化(Left-Handed Circular Polarization，LCHP)天线两个天线对同一观测区域的GPS/北斗系统的多颗卫星的直射/反射信号进行接收、处理，从而测量土壤湿度，其中，多通道直/反协同处理模块利用N颗卫星的直射信号和反射信号进行干涉处理得到反射率幅度和反射率相位，土壤湿度反演模块通过N个反射率幅度和N个反射率相位构成的集合联合反演得到待测土壤的湿度。该装置不限于应用在低高度角的卫星信号，可以用于各种不同高度角的卫星信号，从而得到土壤湿度，适应范围更广；该装置利用反射率幅度和反射率相位进行土壤湿度的测量，测量精度高；该装置仅是信号接收装置，装置结构简单、成本低、功耗低；该装置利用GNSS信号作为信号源，可实施全天候观测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的多通道直/反协同处理模块的框图；
图3为本发明实施例提供的四通道直/反射信号干涉处理模块的框图；
图4为本发明实施例提供的土壤湿度反演模块的框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明利用N(N＝n+m；n为反射天线可见的GPS卫星个数，m为反射天线可见的北斗卫星个数)颗导航卫星反射信号，并通过干涉处理得到N个土壤反射率的幅度
和相位
然后利用N个反射率幅度和N个反射率幅度联合反演土壤湿度。
图1为本发明实施例提供的GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置的结构示意图。参见图1，本实施例的GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，包括：双频右旋圆极化天线、双频左旋圆极化天线、四通道射频前端、双模导航模块(导航模块)、多通道直/反协同处理模块和土壤湿度反演模块。
本实施例中，所述双频右旋圆极化天线为GPS L1/北斗B1双频右旋圆极化天线(RHCP)；所述双频左旋圆极化天线为GPS L1/北斗B1双频左旋圆极化天线。所述双频右旋圆极化天线对天安置，用于接收导航系统中N颗卫星的直射信号(射频电压信号)；所述导航系统包括GPS卫星导航系统L1和北斗卫星导航系统B1；所述双频左旋圆极化天线面向海面安置，用于接收经待测土壤反射的所述导航系统的反射信号(射频电压信号)。
具体的，双频右旋圆极化天线用于接收GPS L1/北斗B1直射电磁信号，并将该电磁信号转换为射频电压信号Sd(t)，即：
其中，Adi为第i颗卫星GNSS信号幅度；Di(t)表示第i颗卫星GNSS信号调制的数据；Ci(t)为GNSS信号伪随机码；fi为第i颗卫星GNSS信号的载波频率；
为第i颗卫星GNSS信号初始相位，t表示时间。
双频左旋圆极化天线用于接收经土壤反射的GPS L1/北斗B1电磁信号，并将该电磁信号转换为射频电压信号Sr(t)，即：
其中，
为第i颗卫星土壤反射的GNSS信号相对于直射GNSS信号的幅度变化值；τi为第i颗卫星经土壤反射的GNSS信号相对于直射GNSS信号的时延，
为土壤湿度引起的第i颗GNSS卫星信号相位变化值。假设双频左旋圆极化天线的高度远小于伪码长度，则：
本实施例中，所述双模导航模块为GPS L1/北斗B1双模导航模块。所述双模导航模块与所述双频右旋圆极化天线连接。所述双模导航模块用于接收所述直射信号以完成导航定位，从而产生定位信息；所述定位信息包括伪随机噪声号(pseudo random noise，prn)、伪距、载波频率、高度角和方位角{prni,ρi,fi,θi,φi}，以及纬度、经度和高度{lat,lon,h}，其中，i表示第i颗卫星GNSS信号。其中，双模导航模块可以采用成熟的导航SOC芯片(Systemon Chip)。
本实施例中，所述四通道射频前端与所述双频右旋圆极化天线和所述双频左旋圆极化天线连接。所述四通道射频前端用于对所述直射信号和所述反射信号进行转换，得到四路数字中频信号。其中，四通道射频前端中两个通道连接双频右旋圆极化天线，另外两个通道连接双频左旋圆极化天线，输出四路数字中频信号给直/反信号协同处理模块完成信号处理和载波相位提取。
在实际应用中，所述四通道射频前端包括GPS射频前端和北斗射频前端，两个子射频前端由两个结构完全一样的射频通道组成，分别对GPS L1/北斗B1直射、反射信号进行数字化处理。其中，所述GPS射频前端用于对所述GPS卫星导航系统中卫星的直射信号和所述GPS卫星导航系统中卫星的反射信号进行数字化处理，得到两路GPS数字中频信号；所述数字化处理包括下变频、滤波、增益控制以及采样量化。所述北斗射频前端用于对所述北斗卫星导航系统中卫星的直射信号和所述北斗卫星导航系统中卫星的反射信号进行数字化处理，得到两路北斗数字中频信号；两路所述GPS数字中频信号和两路所述北斗数字中频信号构成四路所述数字中频信号。
具体的，四通道射频前端接收RHCP天线和LHCP天线输出的射频信号Sd(t)和Sr(t)，输出四路数字中频信号，分别对应GPS直射数字中频信号、GPS反射数字中频信号、北斗直射数字中频信号和北斗反射数字中频信号。GPS和北斗信号处理完全一样，为了描述方便，对中频信号不做GPS和北斗符合上的区分，假设直射中频信号为Sd(n)，反射中频信号为Sr(n)，即：
其中，n为自然数；Ts为采样率。
本实施例中，所述多通道直/反协同处理模块分别与所述四通道射频前端和所述双模导航模块连接；所述多通道直/反协同处理模块用于根据所述定位信息对四路所述数字中频信号进行干涉处理，得到反射率幅度和反射率相位。其中，所述多通道直/反协同处理模块首先接收定位信息选择直/反射信号协同处理的N路卫星信号，然后对四路所述数字中频信号进行四通道直/反干涉处理得到N个反射率幅度
和反射率相位
实际应用中，所述多通道直/反协同处理模块包括卫星选择模块和N个四通道直/反射信号干涉处理模块(4通道直/反干涉模块)，如图2所示。所述卫星选择模块用于根据所述伪随机噪声号、所述伪距、所述载波频率、所述方位角、所述高度角、方位角范围和高度角范围从四路所述数字中频信号中选择镜面反射点对双频左旋圆极化天线可见的卫星信号，得到四路可见数字中频信号。所述四通道直/反射信号干涉处理模块用于对四路所述可见数字中频信号进行干涉处理，得到反射率幅度
和反射率相位
如图3所示，所述四通道直/反射信号干涉处理模块，包括：载波发生器、本地码发生器、载波剥离模块、伪码剥离模块、相干积分器、非相干累加模块和反射系数幅度/相位计算模块。所述载波发生器用于根据所述卫星选择模块输出的所述载波频率产生本地载波。所述本地码发生器用于根据所述卫星选择模块输出的所述伪随机噪声号和所述伪距产生本地伪码。所述载波剥离模块用于将四路所述可见数字中频信号中的直射信号分别与所述本地载波相乘，得到两路载波剥离直射信号，并将四路所述可见数字中频信号中的反射信号分别与所述本地载波相乘，得到两路载波剥离反射信号。所述伪码剥离模块用于将两路所述载波剥离直射信号分别与所述本地伪码相乘，将两路所述载波剥离反射信号分别与所述本地伪码相乘，得到四路干涉信号。所述相干积分器用于对所述干涉信号进行相干积分。所述相干积分器为1ms相干积分器。所述非相干累加模块用于对相干积分后的复数进行多次非相干累加，得到相关功率值。所述反射系数幅度/相位计算模块用于根据所述相关功率值计算反射率幅度和反射率相位。
具体的，卫星选择模块接收GPS L1/北斗B1导航模块输出的伪随机噪声号、高度角和方位角{prni,θi,φi}，以及接收高度角范围信息(截止信息)和方位角范围信息{θmask,φmask}，从而对GPS L1/北斗B1双频左旋圆极化天线视野范围内的GPS/北斗卫星进行预测，输出双频左旋圆极化天线视野范围内的卫星伪随机噪声号组成的集合{prn1,prn2,…,prnN}。预判决准则为：
如图3所示，载波发生器根据卫星选择模块输出的载波频率fi产生本地载波，即：
本地码发生器根据卫星选择模块输出的伪随机噪声号和伪距信息{prni,ρi}产生本地伪码，即：
Scode_i(n)＝Ci(nTS)；
载波剥离模块将直/反射信号和本地载波进行相乘，即：
其中，Ads为第s颗卫星GNSS信号幅度；Ds(t)表示第s颗卫星GNSS信号调制的数据；Cs(t)为GNSS信号伪随机码；fs为第s颗卫星GNSS信号频率；
为第s颗卫星GNSS信号初始相位；
为土壤湿度引起的第s颗GNSS卫星信号相位变化值。
其中，
为第s颗卫星土壤反射的GNSS信号相对于直射GNSS信号的幅度变化值。伪码剥离模块将直/反射信号和本地伪码进行相乘，即：
4路干涉处理模块首先利用载波剥离和伪码剥离后的直/反射信号产生4路干涉信号，即：
其次对4路干涉信号进行1ms相干积分，根据伪码特性，可得4路1ms相干积分后的信号复数相关值，分别为第1路1ms相干积分后的信号复数相关值Icoh_i_1(m)、第2路1ms相干积分后的信号复数相关值Icoh_i_2(m)、第3路1ms相干积分后的信号复数相关值Icoh_i_3(m)和第4路1ms相干积分后的信号复数相关值Icoh_i_4(m)，即：
其中，Ns表示采样点总数。然后对1ms相干积分后的复数相关值进行M次非相干累加，输出4路相关功率值，分别为第1路相关功率值Ii1、第2路相关功率值Ii2、第3路相关功率值Ii3和第4路相关功率值Ii4，即：
反射系数幅度/相位计算模块根据输出的4路复数相关值和M次非相干累加输出的4路相关功率值分别估计反射率幅度
和反射率相位
即：
其中，Gd(θi)为高度角为θi时的双频右旋圆极化天线的增益，Gr(θi)为高度角为θi时的双频左旋圆极化天线的增益；hr为天线相对于土壤反射面的高度。
本实施例中，所述土壤湿度反演模块分别与所述多通道直/反协同处理模块和所述双模导航模块连接；所述土壤湿度反演模块用于根据所述反射率幅度和反射率相位
和所述定位信息进行反演得到所述待测土壤的湿度。
如图4所示，所述土壤湿度反演模块包括N个幅度映射模块，N个相位映射模块、N个幅度/相位土壤湿度平均模块以及土壤湿度加权平均模块。所述幅度映射模块用于由所述反射率幅度，根据幅度变化值与土壤湿度的映射关系，得到土壤湿度幅度估计值；所述相位映射模块用于由所述反射率相位，根据相位变化值与土壤湿度的映射关系，得到土壤湿度相位估计值；所述幅度/相位土壤湿度平均模块用于计算所述土壤湿度幅度估计值和所述土壤湿度相位估计值的平均值，得到土壤湿度估计值；所述土壤湿度加权平均模块用于将N个土壤湿度估计值加权求和，得到所述待测土壤的湿度。
具体的，首先，根据多通道直/反信号协同处理模块输出的N个反射率幅度
和N个反射率相位
通过土壤湿度映射函数得到对应的土壤湿度幅度估计值SMAi和土壤湿度相位估计值
即：
其中，f(·)表示土壤反射的GNSS信号的幅度变化值与土壤湿度的映射关系；g(·)表示土壤反射的GNSS信号的相位变化值与土壤湿度的映射关系。
然后，计算SMAi和
的平均值，得到通道i的土壤湿度估计值，即：
最后，将上述估计的各通道的土壤湿度{SMi}加权求和得到最后的土壤湿度(待测土壤的湿度)，即：
SM＝α1SM1+α2SM2…+αNSMN；
其中，权值为：
式中，
为通道i的噪声功率。
在实际应用中，所述GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，还包括：与所述土壤湿度反演模块和所述双模导航模块连接的土壤湿度监控模块；所述土壤湿度监控模块用于对所述定位信息和所述待测土壤的湿度进行可视化显示，并当所述待测土壤的湿度超过预设湿度时进行告警。所述土壤湿度监控模块还可以与所述多通道直/反协同处理模块连接；所述多通道直/反协同处理模块用于接收所述土壤湿度监控模块发送的方位角范围和高度角范围。
土壤湿度监控模块提供了土壤湿度测量与用户的交互界面，接收土壤湿度反演模块的待测土壤的湿度SM、GPS L1/北斗B1双模导航模块的定位信息{lat,lon,h}进行湿度和监测站信息的显示和存储，并当土壤湿度超过预设湿度时产生告警。此外根据LHCP天线的架设场景，可以设置观测视场的截止范围{θmask,φmask}。
本实施例通过双频右旋圆极化天线和双频左旋圆极化天线两个天线对同一观测区域的GPS/北斗系统的多颗卫星的直射/反射信号进行接收、处理，从而测量土壤湿度。首先在每个积分周期内，利用4通道干涉法，估算反射率幅度和反射率相位；然后利用反射率幅度和反射率相位联合反演得到土壤湿度。本实施例适应范围广；利用载波相位进行土壤湿度的测量，测量精度高；装置结构简单、成本低、功耗低；利用GNSS信号作为信号源，可实施全天候观测。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，其特征在于，包括：双频右旋圆极化天线、双频左旋圆极化天线、四通道射频前端、双模导航模块、多通道直/反协同处理模块和土壤湿度反演模块；
所述双频右旋圆极化天线用于接收导航系统中N颗卫星的直射信号；所述导航系统包括GPS卫星导航系统和北斗卫星导航系统；所述双频左旋圆极化天线用于接收经待测土壤反射的所述导航系统的反射信号；所述双模导航模块与所述双频右旋圆极化天线连接；所述双模导航模块用于接收所述直射信号，并产生定位信息；所述四通道射频前端与所述双频右旋圆极化天线和所述双频左旋圆极化天线连接；所述四通道射频前端用于对所述直射信号和所述反射信号进行转换，得到四路数字中频信号；所述多通道直/反协同处理模块分别与所述四通道射频前端和所述双模导航模块连接；所述多通道直/反协同处理模块用于根据所述定位信息对四路所述数字中频信号进行干涉处理，得到反射率幅度和反射率相位；所述土壤湿度反演模块分别与所述多通道直/反协同处理模块和所述双模导航模块连接；所述土壤湿度反演模块用于根据所述反射率幅度、所述反射率相位和所述定位信息进行反演得到所述待测土壤的湿度。
2.根据权利要求1所述的一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，其特征在于，所述定位信息包括伪随机噪声号、伪距、载波频率、方位角、高度角、纬度、经度和高度。
3.根据权利要求1所述的一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，其特征在于，还包括：与所述土壤湿度反演模块和所述双模导航模块连接的土壤湿度监控模块；
所述土壤湿度监控模块用于对所述定位信息和所述待测土壤的湿度进行可视化显示，并当所述待测土壤的湿度超过预设湿度时进行告警。
4.根据权利要求2所述的一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，其特征在于，所述多通道直/反协同处理模块包括卫星选择模块和N个四通道直/反射信号干涉处理模块；
所述卫星选择模块用于根据所述伪随机噪声号、所述伪距、所述载波频率、所述方位角、所述高度角、方位角范围和高度角范围从四路所述数字中频信号中选择镜面反射点对双频左旋圆极化天线可见的卫星信号，得到四路可见数字中频信号；
所述四通道直/反射信号干涉处理模块用于对四路所述可见数字中频信号进行干涉处理，得到反射率幅度和反射率相位。
5.根据权利要求2所述的一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，其特征在于，所述土壤湿度反演模块包括N个幅度映射模块，N个相位映射模块、N个幅度/相位土壤湿度平均模块以及土壤湿度加权平均模块；
所述幅度映射模块用于由所述反射率幅度，根据幅度变化值与土壤湿度的映射关系，得到土壤湿度幅度估计值；
所述相位映射模块用于由所述反射率相位，根据相位变化值与土壤湿度的映射关系，得到土壤湿度相位估计值；
所述幅度/相位土壤湿度平均模块用于计算所述土壤湿度幅度估计值和所述土壤湿度相位估计值的平均值，得到土壤湿度估计值；
所述土壤湿度加权平均模块用于将N个土壤湿度估计值加权求和，得到所述待测土壤的湿度。
6.根据权利要求1所述的一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，其特征在于，所述四通道射频前端包括GPS射频前端和北斗射频前端；
所述GPS射频前端用于对所述GPS卫星导航系统中卫星的直射信号和所述GPS卫星导航系统中卫星的反射信号进行数字化处理，得到两路GPS数字中频信号；所述数字化处理包括下变频、滤波、增益控制以及采样量化；
所述北斗射频前端用于对所述北斗卫星导航系统中卫星的直射信号和所述北斗卫星导航系统中卫星的反射信号进行数字化处理，得到两路北斗数字中频信号；两路所述GPS数字中频信号和两路所述北斗数字中频信号构成四路所述数字中频信号。
7.根据权利要求4所述的一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，其特征在于，所述四通道直/反射信号干涉处理模块，包括：载波发生器、本地码发生器、载波剥离模块、伪码剥离模块、相干积分器、非相干累加模块和反射系数幅度/相位计算模块；
所述载波发生器用于根据所述卫星选择模块输出的所述载波频率产生本地载波；
所述本地码发生器用于根据所述卫星选择模块输出的所述伪随机噪声号和所述伪距产生本地伪码；
所述载波剥离模块用于将四路所述可见数字中频信号中的直射信号分别与所述本地载波相乘，得到两路载波剥离直射信号，并将四路所述可见数字中频信号中的反射信号分别与所述本地载波相乘，得到两路载波剥离反射信号；
所述伪码剥离模块用于将两路所述载波剥离直射信号分别与所述本地伪码相乘，将两路所述载波剥离反射信号分别与所述本地伪码相乘，得到四路干涉信号；
所述相干积分器用于对所述干涉信号进行相干积分；
所述非相干累加模块用于对相干积分后的复数进行多次非相干累加，得到相关功率值；
所述反射系数幅度/相位计算模块用于根据所述相关功率值计算反射率幅度和反射率相位。
8.根据权利要求3所述的一种GNSS直反射信号载波干涉测量土壤湿度的装置，其特征在于，所述土壤湿度监控模块与所述多通道直/反协同处理模块连接；所述多通道直/反协同处理模块用于接收所述土壤湿度监控模块发送的方位角范围和高度角范围。
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