專利名稱：深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波遙感技術(shù)領(lǐng)域，是一種深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法與裝置。
背景技術(shù)：
深層土壤濕度在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水文、氣候、生態(tài)等領(lǐng)域是一個(gè)重要的參數(shù)。各國(guó)對(duì)土壤濕度探測(cè)設(shè)備已有大量的投入。土壤水分在時(shí)間、空間范圍變化較大，土壤水分的傳統(tǒng)測(cè)量方法，如重量法測(cè)量和時(shí)域反射計(jì)測(cè)量都是基于點(diǎn)的測(cè)量方法，需要實(shí)地操作和煩雜的后處理過(guò)程，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且無(wú)法在要求的時(shí)間內(nèi)獲得大范圍內(nèi)土壤水分的時(shí)空分布信息，因此很難將這種傳統(tǒng)的土壤水分測(cè)量方法推廣到大范圍、動(dòng)態(tài)變化應(yīng)用中，這種基于 點(diǎn)的傳統(tǒng)方法在水文學(xué)、氣候?qū)W、生態(tài)學(xué)等方面的應(yīng)用顯得越來(lái)越不足了。深層土壤特別是植物根部土壤的含水量能夠控制植物的生長(zhǎng)，與植物的蒸騰作用密切相關(guān)，也是聯(lián)系表層土壤水和地下水的紐帶。研制快速高效的根區(qū)土壤濕度測(cè)量系統(tǒng)有重要意義。因此，在要求的精度范圍內(nèi)如何獲取大范圍、動(dòng)態(tài)的土壤時(shí)空分布信息是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法與裝置，可以實(shí)現(xiàn)非接觸式、無(wú)損地檢測(cè)不同類型土壤在0. I-IOm深度的土壤介電常數(shù)和濕度參數(shù)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法，其包括a)由發(fā)射機(jī)發(fā)射VHF/UHF頻段的射頻信號(hào)到測(cè)試區(qū)域的土壤目標(biāo)，利用VHF/UHF頻段射頻信號(hào)的穿透性，使射頻信號(hào)射入地表下0. I-IOm深度；b)再由接收機(jī)接收到目標(biāo)的回波信號(hào)；c)對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)深層土壤散射模型用遺傳算法反演土壤的介電常數(shù)，通過(guò)土壤介電模型計(jì)算出土壤的濕度。所述的深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法，其獲取被測(cè)試目標(biāo)的多頻率、多極化、多角度的回波數(shù)據(jù)，測(cè)試的具體步驟如下I)設(shè)定天線的極化和設(shè)定一個(gè)入射角；2)測(cè)試區(qū)域的兩個(gè)方向分別為方位向和距離向，測(cè)試系統(tǒng)移動(dòng)方向?yàn)榉轿幌?，?br> 線側(cè)視的方向?yàn)榫嚯x向；測(cè)試系統(tǒng)沿方位向移動(dòng)時(shí)，天線的位置為1，2，......i，i+l，......，
n的n個(gè)位置，在某位置i進(jìn)行以下步驟；3)定標(biāo)測(cè)試放置角反射器，信號(hào)源及天線于目標(biāo)區(qū)域用于定標(biāo)，分別用于幅度定標(biāo)測(cè)試和相位定標(biāo)測(cè)試；4)測(cè)試該位置的目標(biāo)回波；5)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；6)重復(fù)2)至5)步，直至選定的目標(biāo)位置全部測(cè)試結(jié)束；7)再回到I)，進(jìn)行下一組觀測(cè)。8)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到目標(biāo)區(qū)域不同位置不同深度的介電常數(shù)和濕度；9)形成二維或三維的灰度圖像輸出、顯示。所述的深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法，其所述I)步中，天線的極化為HH，VV,VH, HV，天線的入射角是在15-60度內(nèi)選若干點(diǎn)。所述的深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法，其通過(guò)測(cè)試獲取目標(biāo)的多極化、多角度、多頻率的回波數(shù)據(jù)組合，步驟I)與2)的先后順序視方便操作而定，如采用一步一停方法測(cè)試，則在每個(gè)位置i進(jìn)行多角度、多極化測(cè)試完畢，再進(jìn)行下一位置的測(cè)定。所述的深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法，其所述8)步，包括I)調(diào)整數(shù)據(jù)格式，從目標(biāo)觀測(cè)位置1，2，……i，i+l，……，n的觀測(cè)數(shù)據(jù)中，提取天線位置i的一組觀測(cè)數(shù)據(jù)極化和入射角的組合；2)將定標(biāo)數(shù)據(jù)做FFT變換； 3)將目標(biāo)回波數(shù)據(jù)做FFT變換；4)做數(shù)據(jù)校準(zhǔn)；5)得到頻域的觀測(cè)數(shù)據(jù)并對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；6)回到I)步，下一組觀測(cè)數(shù)據(jù)處理；7)計(jì)算目標(biāo)處的不同深度的介電常數(shù)和濕度；8)回到I)步，下一天線位置。所述的深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法，其所述目標(biāo)，包括裸土，農(nóng)林植被下土壤，沙漠，永久凍土。一種所述的探測(cè)方法使用的裝置，包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和控制模塊；其發(fā)射機(jī)包括發(fā)射模塊和發(fā)射天線；發(fā)射模塊包括信號(hào)源，放大器，濾波器，信號(hào)源產(chǎn)生VHF/UHF頻段的射頻信號(hào)；放大器包括增益可調(diào)放大器，功率放大器；接收機(jī)包括接收模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和接收天線；接收模塊包括限幅器，低噪聲放大器，濾波器，增益可調(diào)放大器，I，Q解調(diào)器；控制模塊給出控制信號(hào)控制發(fā)射開(kāi)關(guān)、接收開(kāi)關(guān)、數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)收發(fā)分時(shí)工作，并在接收回波時(shí)采集數(shù)據(jù)。所述的裝置，其所述發(fā)射、接收天線是對(duì)數(shù)周期天線、八木天線或貼片天線其中的一種或組合；信號(hào)源產(chǎn)生的射頻信號(hào)是VHF/UHF頻段的載波脈沖、步進(jìn)頻率信號(hào)、線性調(diào)頻信號(hào)或多頻點(diǎn)連續(xù)波信號(hào)其中的一種；增益可調(diào)放大器是AGC放大器、或?yàn)榭烧{(diào)衰減器和放大器組成。所述的裝置，其所述天線是一個(gè)收發(fā)一體天線，發(fā)射模塊通過(guò)環(huán)形器接收發(fā)一體天線發(fā)射VHF/UHF頻段的射頻信號(hào)；收發(fā)一體天線接收目標(biāo)回波信號(hào)，通過(guò)環(huán)形器到接收模塊；兩路數(shù)據(jù)采集模塊從接收模塊采集數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊從回波信號(hào)中計(jì)算出土壤的介電常數(shù)和濕度。、
所述的裝置，其所述控制模塊采用FPGA給出控制信號(hào)，控制發(fā)射接收分時(shí)工作，限制直達(dá)波，控制模塊控制數(shù)據(jù)采集，減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量；采用限幅器，對(duì)接收前端再保護(hù)。所述的裝置，其適用于地基、空基和天基遙感監(jiān)測(cè)平臺(tái)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用的頻率范圍使發(fā)射的電磁波有穿透性，能測(cè)試植被下的土壤濕度，能測(cè)試深層土壤(根據(jù)土壤類型不同，濕度不同，深度范圍為0.1-10米)濕度；采用本發(fā)明裝置與技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)獲取大范圍、動(dòng)態(tài)的土壤時(shí)空分布信息。系統(tǒng)可采用收發(fā)分時(shí)工作，限制了直達(dá)波，降低了接收前端的難度，采用限幅器，對(duì)接收前端再保護(hù)。


圖I為一種深層土壤濕度微波遙感探測(cè)裝置的原理示意圖；圖2為另一種深層土壤濕度微波遙感探測(cè)裝置的原理示意圖；圖3為地基深層土壤濕度微波遙感探測(cè)裝置的工作原理示意圖，其中標(biāo)示的天線 距離地面的高度僅為示例，不局限于此高度，但要保證探測(cè)在遠(yuǎn)場(chǎng)條件下進(jìn)行；圖4為測(cè)試流程圖；圖5為數(shù)據(jù)處理流程圖；圖6為本發(fā)明裝置的測(cè)試結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明利用電磁波在VHF/UHF頻段的穿透性，發(fā)明一種深層土壤濕度雷達(dá)遙感測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量深層土壤(根據(jù)不同土壤類型，不同濕度，不同植被覆蓋等情況，深度為0. I-IOm)的介電常數(shù)和濕度。土壤的濕度與土壤的介電常數(shù)有特定的關(guān)系，由土壤的介電模型確定；VHF/UHF頻段的電磁波發(fā)射到目標(biāo)土壤，一部分能量被粗糙土壤表面散射，另一部分能量穿透進(jìn)入土壤，在非均勻媒質(zhì)中傳播；回波信號(hào)中包括粗糙面表層的散射分量和土壤散射分量。本發(fā)明深層土壤濕度測(cè)試裝置中發(fā)射機(jī)發(fā)射VHF/UHF頻段的射頻信號(hào)到土壤目標(biāo)，電磁信號(hào)與土壤相互作用產(chǎn)生回波，接收機(jī)接收到回波信號(hào)，基于深層土壤散射模型，從回波數(shù)據(jù)中計(jì)算不同深度土壤的介電常數(shù)，基于介電模型求出不同深度土壤的含水量分布。本發(fā)明的一種深層土壤濕度微波遙感探測(cè)裝置，如圖I所示，由發(fā)射機(jī)，接收機(jī)，控制模塊組成；其中的一種發(fā)射機(jī)構(gòu)成為發(fā)射模塊24與天線8組成，接收機(jī)由接收天線9和接收模塊22，雙通道采樣器20，數(shù)據(jù)處理PC機(jī)21組成。發(fā)射模塊24由信號(hào)源10給出VHF/UHF頻段射頻信號(hào)，通過(guò)功分器11分兩路，一路通接接收通道中的I，Q解調(diào)器18，另一路接增益可調(diào)放大器12，再接功放13和濾波器14，增益可調(diào)放大器通過(guò)增益調(diào)節(jié)使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。接收模塊25由限幅器15接低噪聲放大器16，接濾波器17，增益可調(diào)放大器18，I，Q解調(diào)器19，限幅器15保護(hù)接收機(jī)，限制直達(dá)波或發(fā)射端耦合到接收端的大信號(hào)，增益可調(diào)放大器18通過(guò)增益調(diào)節(jié)使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。接收模塊輸出I，Q兩路信號(hào)，由雙通道采樣器20采樣，傳輸數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理PC機(jī)21，計(jì)算出測(cè)試目標(biāo)的土壤介電常數(shù)和濕度信息。控制模塊通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)，給出發(fā)射、接收控制信號(hào)分別控制發(fā)射開(kāi)關(guān)和接收開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)分時(shí)工作，給出數(shù)據(jù)采集控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)接收回波信號(hào)時(shí)采集數(shù)據(jù)。本發(fā)明中發(fā)射模塊24，接收模塊25中的元器件通過(guò)集成電路實(shí)現(xiàn)，控制部分采用FPGA實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集模塊20通過(guò)ADC，F(xiàn)PGA，DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和上傳。
發(fā)射天線8的類型包括對(duì)數(shù)周期天線，八木天線，貼片天線。增益可調(diào)放大器12可以是AGC放大器，也可以由放大器和可調(diào)衰減器組成。接收天線9的類型包括對(duì)數(shù)周期天線，八木天線，貼片天線。增益可調(diào)放大器18可以是AGC放大器，也可以由放大器和可調(diào)衰減器組成。圖I中信號(hào)源10給出的射頻信號(hào)包括VHF/UHF頻段的脈沖信號(hào)，步進(jìn)頻率信號(hào)，線性調(diào)頻信號(hào)或多頻點(diǎn)連續(xù)波。本發(fā)明的另一種深層土壤濕度微波遙感探測(cè)裝置，如圖2所示，其中的發(fā)射機(jī)由發(fā)射模塊24給出VHF/UHF頻段射頻信號(hào)，通過(guò)環(huán)形器接收發(fā)一體天線22發(fā)射信號(hào)26到測(cè)試目標(biāo)，目標(biāo)回波信號(hào)27由收發(fā)一體天線22接收后通過(guò)環(huán)形器6接入接收模塊25，輸出I，Q兩路信號(hào)，由雙通道采樣器20采樣，傳輸數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理PC機(jī)21，計(jì)算出測(cè)試目標(biāo)的土壤介電常數(shù)和濕度信息。 圖3是地基測(cè)試裝置的測(cè)試原理圖，將測(cè)試裝置安裝在吊車的頂部，吊車高度為10-40米；系統(tǒng)采用脈沖工作制，系統(tǒng)發(fā)射功率為2W，天線極化為HH，VV, HV, VH，脈沖寬度為30ns，脈沖重復(fù)頻率為2kHz，入射角在15-60度間選擇，獲取獨(dú)立測(cè)試的若干組數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得土壤參數(shù)。脈沖信號(hào)由FPGA產(chǎn)生，調(diào)制到信號(hào)源產(chǎn)生的VHF/UHF頻段的點(diǎn)頻連續(xù)波上；系統(tǒng)采用收發(fā)分時(shí)工作制，通過(guò)FPGA產(chǎn)生控制信號(hào)控制發(fā)射通道和接收通道的開(kāi)關(guān)，使得發(fā)射和接收實(shí)現(xiàn)分時(shí)工作。用本發(fā)明中的測(cè)試裝置測(cè)試目標(biāo)回波，測(cè)試裝置可以基于車載平臺(tái)，機(jī)載平臺(tái)或星載平臺(tái)，測(cè)試方法如圖4的測(cè)試流程圖，包括以下步驟I)設(shè)定天線的極化(W，HH, VH, HV)和入射角(15-60度內(nèi)選若干點(diǎn))；2)測(cè)試裝置沿方位向運(yùn)動(dòng)，天線的位置為1，2，……i，i+l，……，11的11個(gè)位置，在某位置i進(jìn)行以下步驟；3)定標(biāo)測(cè)試放置角反射器，信號(hào)源及天線于目標(biāo)區(qū)域用于定標(biāo)，角反射器用于幅度定標(biāo)測(cè)試，信號(hào)源及天線用于相位定標(biāo)測(cè)試；4)測(cè)試該位置的目標(biāo)回波；5)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；6)重復(fù)2)至5)步，直至選定的目標(biāo)位置全部測(cè)試結(jié)束；7)再回到I)，進(jìn)行下一組觀測(cè)。測(cè)試得到被測(cè)區(qū)域的每個(gè)位置的不同極化和入射角的若干組觀測(cè)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理機(jī)。數(shù)據(jù)處理流程如圖5所示，步驟如下I)調(diào)整數(shù)據(jù)格式，天線的位置為1，2，……i，i+l，……，11的11個(gè)位置，提取天線位置i的一組觀測(cè)數(shù)據(jù)(極化和入射角的組合)；2)將定標(biāo)數(shù)據(jù)做FFT變換；3)將目標(biāo)回波數(shù)據(jù)做FFT變換；4)做數(shù)據(jù)校準(zhǔn)；5)得到頻域的觀測(cè)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)；6)回到I)，下一組觀測(cè)數(shù)據(jù)處理；
7)計(jì)算天線位置i對(duì)應(yīng)目標(biāo)位置的不同深度的介電常數(shù)和濕度；8)回到I)，下一天線位置9)獲取測(cè)試區(qū)域不同位置的土壤沿深度的介電常數(shù)和濕度的變化；10)形成二維或三維的灰度圖像。在數(shù)據(jù)處理流程中的第7)步，計(jì)算目標(biāo)處的不同深度的介電常數(shù)和濕度；測(cè)試屬于遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試，入射波為平面波，平面波 入射到粗糙土壤表面，一部分能量散射，另一部分能量穿透進(jìn)入土壤，在分層非均勻媒質(zhì)中傳播；在觀測(cè)的一個(gè)口徑或一個(gè)分辨點(diǎn)，土壤為粗糙表面，沿土壤深度介電常數(shù)或濕度是漸變的，采用粗糙面任意分層散射模型其中遞樣飄議事
2/j§cos#IX ’—f；i == K{^^)sm0anff +B|)(1+Rj)e — M^zfAms — cos (I — a；*) (I — E;) <其中Rvm和圮為廣義反射系數(shù)。對(duì)于分層明顯的土壤類型，采用粗糙面分層散射模型其計(jì)算公式如下 =4< cos2 Os^wXk-KV^wXk -^4。刺[_2] =4< COS2 es^\wf{k-KV\ahg\wg{k -K%m
_3]= 4< COS2 Os^wXk-KY^wXk-K%A_kl)其中F^1), G(k± )是表面函數(shù)f，g的Fourier變換，％ (^l), Wg (^1)是粗糙面的F(U G(&)的譜密度。土壤的介電模型采用廣義折射混合介電模型GRMDM
廠+(V^-WW<Wt^em =\
Hd + dm+-wt) w>wt
其中Snj為土壤的相對(duì)介電常數(shù)e d為干燥土壤的相對(duì)介電常數(shù)eb為土壤中束縛水的相對(duì)介電常數(shù)ef為土壤中自由水的相對(duì)介電常數(shù)W為土壤含水量Wt為土壤飽和束縛水含量土壤的介電模型還可以通過(guò)測(cè)試獲取經(jīng)驗(yàn)公式。 圖6為測(cè)試結(jié)果，圖中實(shí)線為TDR(時(shí)域反射計(jì))的結(jié)果，虛線為本發(fā)明裝置的測(cè)試結(jié)果，土壤濕度沿深度的變化趨勢(shì)是一致的，結(jié)果吻合較好。以上所述，特別是圖3所示的地基測(cè)試裝置，僅為本發(fā)明中的一個(gè)具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，進(jìn)行的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法，其特征在于，包括 a)由發(fā)射機(jī)發(fā)射VHF/UHF頻段的射頻信號(hào)到測(cè)試區(qū)域的土壤目標(biāo)，利用VHF/UHF頻段射頻信號(hào)的穿透性，使射頻信號(hào)射入地表下0. I-IOm深度； b)再由接收機(jī)接收到目標(biāo)的回波信號(hào)；c)對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)深層土壤散射模型用遺傳算法反演土壤的介電常數(shù)，通過(guò)土壤介電模型計(jì)算出土壤的濕度。
2.如權(quán)利要求I所述的深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法，其特征在于，獲取被測(cè)試目標(biāo)的多頻率、多極化、多角度的回波數(shù)據(jù)，測(cè)試的具體步驟如下 1)設(shè)定天線的極化和設(shè)定一個(gè)入射角； 2)測(cè)試區(qū)域的兩個(gè)方向分別為方位向和距離向，測(cè)試系統(tǒng)移動(dòng)方向?yàn)榉轿幌?，天線側(cè)視的方向?yàn)榫嚯x向；測(cè)試系統(tǒng)沿方位向移動(dòng)時(shí)，天線的位置為1，2，......i，i+l，......，11的n個(gè)位置，在某位置i進(jìn)行以下步驟； 3)定標(biāo)測(cè)試放置角反射器，信號(hào)源及天線于目標(biāo)區(qū)域用于定標(biāo)，分別用于幅度定標(biāo)測(cè)試和相位定標(biāo)測(cè)試； 4)測(cè)試該位置的目標(biāo)回波； 5)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)； 6)重復(fù)2)至5)步，直至選定的目標(biāo)位置全部測(cè)試結(jié)束； 7)再回到I)，進(jìn)行下一組觀測(cè)。
8)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到目標(biāo)區(qū)域不同位置不同深度的介電常數(shù)和濕度； 9)形成二維或三維的灰度圖像輸出、顯示。
3.如權(quán)利要求2所述的深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法，其特征在于，所述I)步中，天線的極化為HH，VV, VH, HV，天線的入射角是在15-60度內(nèi)選若干點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求2所述的深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法，其特征在于，通過(guò)測(cè)試獲取目標(biāo)的多極化、多角度、多頻率的回波數(shù)據(jù)組合，步驟I)與2)的先后順序視方便操作而定，如采用一步一停方法測(cè)試，則在每個(gè)位置i進(jìn)行多角度、多極化測(cè)試完畢，再進(jìn)行下一位置的測(cè)定。
5.如權(quán)利要求2所述的深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法，其特征在于，所述8)步，包括 1)調(diào)整數(shù)據(jù)格式，從目標(biāo)觀測(cè)位置1，2，……i，i+l，……，n的觀測(cè)數(shù)據(jù)中，提取天線位置i的一組觀測(cè)數(shù)據(jù)極化和入射角的組合； 2)將定標(biāo)數(shù)據(jù)做FFT變換； 3)將目標(biāo)回波數(shù)據(jù)做FFT變換； 4)做數(shù)據(jù)校準(zhǔn)； 5)得到頻域的觀測(cè)數(shù)據(jù)并對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)； 6)回到I)步，下一組觀測(cè)數(shù)據(jù)處理； 7)計(jì)算目標(biāo)處的不同深度的介電常數(shù)和濕度； 8)回到I)步，下一天線位置。
6.如權(quán)利要求I所述的深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法，其特征在于，所述目標(biāo)，包括裸土，農(nóng)林植被下土壤，沙漠，永久凍土。
7.—種如權(quán)利要求I所述的探測(cè)方法使用的裝置，包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和控制模塊；其特征在于，發(fā)射機(jī)包括發(fā)射模塊和發(fā)射天線；發(fā)射模塊包括信號(hào)源，放大器，濾波器，信號(hào)源產(chǎn)生VHF/UHF頻段的射頻信號(hào)；放大器包括增益可調(diào)放大器，功率放大器； 接收機(jī)包括接收模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和接收天線；接收模塊包括限幅器，低噪聲放大器，濾波器，增益可調(diào)放大器，I，Q解調(diào)器； 控制模塊給出控制信號(hào)控制發(fā)射開(kāi)關(guān)、接收開(kāi)關(guān)、數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)收發(fā)分時(shí)工作，并在接收回波時(shí)采集數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射、接收天線是對(duì)數(shù)周期天線、八木天線或貼片天線其中的一種或組合；信號(hào)源產(chǎn)生的射頻信號(hào)是VHF/UHF頻段的載波脈沖、步進(jìn)頻率信號(hào)、線性調(diào)頻信號(hào)或多頻點(diǎn)連續(xù)波信號(hào)其中的一種；增益可調(diào)放大器是AGC放大器、或?yàn)榭烧{(diào)衰減器和放大器組成。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述天線是一個(gè)收發(fā)一體天線，發(fā)射模塊通過(guò)環(huán)形器接收發(fā)一體天線發(fā)射VHF/UHF頻段的射頻信號(hào)；收發(fā)一體天線接收目標(biāo)回波信號(hào)，通過(guò)環(huán)形器到接收模塊；兩路數(shù)據(jù)采集模塊從接收模塊采集數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊從回波信號(hào)中計(jì)算出土壤的介電常數(shù)和濕度。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述控制模塊采用FPGA給出控制信號(hào)，控制發(fā)射接收分時(shí)工作，限制直達(dá)波，控制模塊控制數(shù)據(jù)采集，減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量；采用限幅器，對(duì)接收前端再保護(hù)。
11.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，適用于地基、空基和天基遙感監(jiān)測(cè)平臺(tái)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法與裝置，涉及微波遙感技術(shù)，利用微波低頻段對(duì)物體的穿透性能，提出了深層土壤濕度微波遙感探測(cè)方法，并公開(kāi)一種深層土壤濕度微波遙感探測(cè)裝置，測(cè)試土壤的后向散射系數(shù)，通過(guò)深層土壤散射模型和土壤的介電模型反演出不同深度的土壤濕度，形成測(cè)試區(qū)域土壤濕度分布的三維圖像。本發(fā)明遙感探測(cè)裝置，工作頻率為VHF/UHF頻段，可以實(shí)現(xiàn)非接觸式、無(wú)損地檢測(cè)不同類型土壤在0.1-10m深度的土壤介電常數(shù)和濕度參數(shù)。
文檔編號(hào)G01N22/04GK102735697SQ20111008659
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者張曉娟, 林志偉, 許鑫 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所