一种土壤盐碱地监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种土壤盐碱地监测装置及方法，其中，所述装置包括：一卫星信号源，其向土壤盐碱地发射直射信号；一信号接收机，其至少接收来自于所述土壤盐碱地的反射信号，并生成相应的DDM波形数据；一与所述信号接收机连接的去噪分析系统，其对所述DDM波形数据进行去噪处理，获得仅包含反应盐碱地信息的波形图，并根据该波形图分析得到相应的盐碱地信息图。本发明专利技术由于不需要研制专门的发射机，因此存在着造价低、功耗小，时空分辨率高等诸多优点，而且由于卫星信号源工作在穿透性较强的L波段，因此对盐碱土壤的敏感性高，从而可以有效且高覆盖率地实现对土壤盐碱地状态的监测。

【技术实现步骤摘要】
一种土壤盐碱地监测装置及方法
本专利技术涉及一种土壤盐碱地监测装置及方法。
技术介绍
土壤盐碱化是造成土地退化、土壤沙漠化的重要原因，其分布面积接近于10亿hm2，而土壤盐碱化是世界上面临的重要问题，土壤盐碱化监测对于农业生产、生态环境保护具有重要价值。传统的盐碱地监测主要依靠土地普查数据，其优点是数据全面，而缺点则是耗时费力、数据更新慢等；为此，现有技术中，通常采用遥感手段，例如可见光和红外波段的遥感手段对盐碱地实现监测，然而，这两种遥感手段在监测分辨时存在一定的局限性，无法全天时全天候进行工作，而且时间分辨率和空间分辨率无法满足实际需要。另外，由于土壤中盐碱化程度会引起土壤介电常数的变化，因此可以采用主动雷达手段对其监测，但其时空分辨率在应用时存在一定的局限性，时间分辨率(每3天全球重复覆盖)与实际监测的科学需求之间存在一定的差距。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术旨在提供一种土壤盐碱地监测装置及方法，以实现低成本、小功耗、高时空分辨率、高覆盖率的土壤盐碱地监测。本专利技术之一所述的一种土壤盐碱地监测装置，其包括：一卫星信号源，其向土壤盐碱地发射直射信号；一信号接收机，其至少接收来自于所述土壤盐碱地的反射信号，并生成相应的DDM波形数据；一与所述信号接收机连接的去噪分析系统，其对所述DDM波形数据进行去噪处理，获得仅包含反应盐碱地信息的波形图，并根据该波形图分析得到相应的盐碱地信息图。在上述的土壤盐碱地监测装置中，所述信号接收机仅接收所述反射信号，所述DDM波形数据为反射波形数据。或者，所述信号接收机同时接收所述反射信号以及来自所述卫星信号源的直射信号，所述DDM波形数据为相干波形数据。在上述的土壤盐碱地监测装置中，所述信号接收机包括：一接收所述反射信号的左旋圆极化天线。或者，所述信号接收机包括：同时接收所述反射信号的一右旋圆极化天线、一左旋圆极化天线、一线水平极化天线以及一线垂直极化天线。在上述的土壤盐碱地监测装置中，所述信号接收机包括：一接收所述直射信号的右旋圆极化天线，以及一接收所述反射信号的左旋圆极化天线。或者，所述信号接收机包括：一同时接收所述直射信号和反射信号的右旋圆极化天线，以及同时接收所述反射信号的一左旋圆极化天线、一线水平极化天线和一线垂直极化天线。又或者，所述信号接收机包括：一接收所述直射信号和反射信号的相干信号的右旋圆极化天线。在上述的土壤盐碱地监测装置中，所述信号接收机配置为：首先，根据以下公式计算总介电常数εα：其中，Vs和分别表示固体颗粒的体积和介电常数，Va和分别表示空气的体积和介电常数，Vfw和分别表示自由水的体积和介电常数，Vbw和分别表示束缚水的体积和介电常数，Vsa和分别表示盐碱的体积和介电常数；然后，根据所述总介电常数εα计算获得镜像反射率Rcoh，同时计算获得漫散射双站雷达散射截面数据Rnon-coh；最后，将所述镜像反射率Rcoh和漫散射双站雷达散射截面数据Rnon-coh代入一Z-V散射模型中，以获得所述反射波形数据。或者，所述信号接收机配置为：首先，根据以下公式计算总介电常数εα：其中，Vs和分别表示固体颗粒的体积和介电常数，Va和分别表示空气的体积和介电常数，Vfw和分别表示自由水的体积和介电常数，Vbw和分别表示束缚水的体积和介电常数，Vsa和分别表示盐碱的体积和介电常数；然后，根据所述总介电常数εα计算获得镜像反射率Rcoh；最后，将所述镜像反射率Rcoh代入一前向GPS多路径模型中，以获得所述相干波形数据。在上述的土壤盐碱地监测装置中，所述去噪分析系统配置为：将所述DDM波形数据中的噪声信息去除后，根据去噪后的DDM波形数据中的波峰和波形后延信息分析得到所述盐碱地信息图。或者，所述去噪分析系统配置为：将所述DDM波形数据中的噪声信息去除后，根据以下公式计算极化比信息PI，并根据该极化比信息PI分析得到所述盐碱地信息图：其中，a，b，c，d为预设的回归系数，DDMRR为通过所述右旋圆极化天线获得的、去噪后的DDM波形数据，DDMLR为通过所述左旋圆极化天线获得的、去噪后的DDM波形数据，DDMVR为通过所述线垂直极化天线获得的、去噪后的DDM波形数据，DDMHR为通过所述线水平极化天线获得的、去噪后的DDM波形数据。在上述的土壤盐碱地监测装置中，还包括：一连接在所述信号接收机与去噪分析系统之间的软件接收机，其接收并存储所述信号接收机输出的所述DDM波形数据，并向所述去噪分析系统提供所述DDM波形数据。在上述的土壤盐碱地监测装置中，还包括：一与所述去噪分析系统连接的存储器，其存储所述去噪分析系统输出的所述盐碱地信息图。本专利技术之二所述的一种土壤盐碱地监测方法，其包括以下步骤：步骤S1，通过卫星信号源向土壤盐碱地发射直射信号；步骤S2，通过信号接收机至少接收来自于土壤盐碱地的反射信号，并生成相应的DDM波形数据；步骤S4，通过去噪分析系统对所述DDM波形数据进行去噪处理，获得仅包含反应盐碱地信息的波形图，并根据该波形图分析得到相应的盐碱地信息图。在上述的土壤盐碱地监测方法中，在所述步骤S2中，所述信号接收机仅接收所述反射信号，所述DDM波形数据为反射波形数据。或者，在所述步骤S2中，所述信号接收机同时接收所述反射信号以及来自所述卫星信号源的直射信号，所述DDM波形数据为相干波形数据。在上述的土壤盐碱地监测方法中，所述信号接收机通过其内部的一左旋圆极化天线接收所述反射信号。或者，所述信号接收机通过其内部的一右旋圆极化天线、一左旋圆极化天线、一线水平极化天线以及一线垂直极化天线同时接收所述反射信号。在上述的土壤盐碱地监测方法中，所述信号接收机通过其内部的一右旋圆极化天线接收所述直射信号，并通过其内部的一左旋圆极化天线接收所述反射信号。或者，所述信号接收机通过其内部的一右旋圆极化天线接收所述直射信号和反射信号，并通过其内部的一左旋圆极化天线、一线水平极化天线和一线垂直极化天线同时接收所述反射信号。又或者，所述信号接收机通过其内部的一右旋圆极化天线接收所述直射信号和反射信号的相干信号。在上述的土壤盐碱地监测方法中，所述步骤S2包括：首先，根据以下公式计算总介电常数εα：其中，Vs和分别表示固体颗粒的体积和介电常数，Va和分别表示空气的体积和介电常数，Vfw和分别表示自由水的体积和介电常数，Vbw和分别表示束缚水的体积和介电常数，Vsa和分别表示盐碱的体积和介电常数；然后，根据所述总介电常数εα计算获得镜像反射率Rcoh，同时计算获得漫散射双站雷达散射截面数据Rnon-coh；最后，将所述镜像反射率Rcoh和漫散射双站雷达散射截面数据Rnon-coh代入一Z-V散射模型中，以获得所述反射波形数据。或者，所述步骤S2包括：首先，根据以下公式计算总介电常数εα：其中，Vs和分别表示固体颗粒的体积和介电常数，Va和分别表示空气的体积和介电常数，Vfw和分别表示自由水的体积和介电常数，Vbw和分别表示束缚水的体积和介电常数，Vsa和分别表示盐碱的体积和介电常数；然后，根据所述总介电常数εα计算获得镜像反射率Rcoh；最后，将所述镜像反射率Rcoh代入一前向GPS多路径模型中，以获得所述相干波形数据。在上述的土壤盐碱地监测方法中，所述步骤S4包括：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述装置包括：一卫星信号源，其向土壤盐碱地发射直射信号；一信号接收机，其至少接收来自于所述土壤盐碱地的反射信号，并生成相应的DDM波形数据；一与所述信号接收机连接的去噪分析系统，其对所述DDM波形数据进行去噪处理，获得仅包含反应盐碱地信息的波形图，并根据该波形图分析得到相应的盐碱地信息图。

【技术特征摘要】
1.一种土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述装置包括：一卫星信号源，其向土壤盐碱地发射直射信号；一信号接收机，其至少接收来自于所述土壤盐碱地的反射信号，并生成相应的DDM波形数据；一与所述信号接收机连接的去噪分析系统，其对所述DDM波形数据进行去噪处理，获得仅包含反应盐碱地信息的波形图，并根据该波形图分析得到相应的盐碱地信息图。2.根据权利要求1所述的土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述信号接收机仅接收所述反射信号，所述DDM波形数据为反射波形数据。3.根据权利要求1所述的土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述信号接收机同时接收所述反射信号以及来自所述卫星信号源的直射信号，所述DDM波形数据为相干波形数据。4.根据权利要求2所述的土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述信号接收机包括：一接收所述反射信号的左旋圆极化天线。5.根据权利要求2所述的土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述信号接收机包括：同时接收所述反射信号的一右旋圆极化天线、一左旋圆极化天线、一线水平极化天线以及一线垂直极化天线。6.根据权利要求3所述的土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述信号接收机包括：一接收所述直射信号的右旋圆极化天线，以及一接收所述反射信号的左旋圆极化天线。7.根据权利要求3所述的土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述信号接收机包括：一同时接收所述直射信号和反射信号的右旋圆极化天线，以及同时接收所述反射信号的一左旋圆极化天线、一线水平极化天线和一线垂直极化天线。8.根据权利要求3所述的土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述信号接收机包括：一接收所述直射信号和反射信号的相干信号的右旋圆极化天线。9.根据权利要求2所述的土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述信号接收机配置为：首先，根据以下公式计算总介电常数εα：其中，Vs和分别表示固体颗粒的体积和介电常数，Va和分别表示空气的体积和介电常数，Vfw和分别表示自由水的体积和介电常数，Vbw和分别表示束缚水的体积和介电常数，Vsa和分别表示盐碱的体积和介电常数；然后，根据所述总介电常数εα计算获得镜像反射率Rcoh，同时计算获得漫散射双站雷达散射截面数据Rnon-coh；最后，将所述镜像反射率Rcoh和漫散射双站雷达散射截面数据Rnon-coh代入一Z-V散射模型中，以获得所述反射波形数据。10.根据权利要求3所述的土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述信号接收机配置为：首先，根据以下公式计算总介电常数εα：其中，Vs和分别表示固体颗粒的体积和介电常数，Va和分别表示空气的体积和介电常数，Vfw和分别表示自由水的体积和介电常数，Vbw和分别表示束缚水的体积和介电常数，Vsa和分别表示盐碱的体积和介电常数；然后，根据所述总介电常数εα计算获得镜像反射率Rcoh；最后，将所述镜像反射率Rcoh代入一前向GPS多路径模型中，以获得所述相干波形数据。11.根据权利要求4或8所述的土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述去噪分析系统配置为：将所述DDM波形数据中的噪声信息去除后，根据去噪后的DDM波形数据中的波峰和波形后延信息分析得到所述盐碱地信息图。12.根据权利要求5所述的土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述去噪分析系统配置为：将所述DDM波形数据中的噪声信息去除后，根据以下公式计算极化比信息PI，并根据该极化比信息PI分析得到所述盐碱地信息图：其中，a，b，c，d为预设的回归系数，DDMRR为通过所述右旋圆极化天线获得的、去噪后的DDM波形数据，DDMLR为通过所述左旋圆极化天线获得的、去噪后的DDM波形数据，DDMVR为通过所述线垂直极化天线获得的、去噪后的DDM波形数据，DDMHR为通过所述线水平极化天线获得的、去噪后的DDM波形数据。13.根据权利要求1所述的土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述装置还包括：一连接在所述信号接收机与去噪分析系统之间的软件接收机，其接收并存储所述信号接收机输出的所述DDM波形数据，并向所述去噪分析系统提供所述DDM波形数据。14.根据权利要求1所述的土壤盐碱地监测装置，其特征在于，所述装置还包括：一与所述去噪分析系统连接的存储器，其存储所述去噪分析系统输出的所述盐碱地信息图。15.一种土壤盐碱地监测方法，其特征在于，所述方法包...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴学睿，刘新，
申请(专利权)人：中国科学院上海天文台，
类型：发明
国别省市：上海,31