于衛(wèi)星的仰角和方位角等信息， 并將上述數(shù)據(jù)信息存成txt文檔；然后利用上述生成的txt文件和0文件共同的UTC時間 信息，通過計算機對每顆衛(wèi)星篩選出txt文檔中包含該顆衛(wèi)星對應的UTC時間、仰角、方位 角W及0文件包含的GPS信噪比等級數(shù)據(jù)信息； 陽OW 步驟2:數(shù)據(jù)篩選；
[00創(chuàng)由于GPS衛(wèi)星相對于地面某一站點的周期約為24小時，因此為了準確性，選取數(shù) 據(jù)依據(jù)如下：方位角要基本保持不變、仰角要處于在30度W下、并且GI^信噪比等級數(shù)據(jù)為 具有兩個完整周期的方波，根據(jù)該選擇標準選擇滿足條件的衛(wèi)星W及對應的仰角和GI^信 噪比等級數(shù)據(jù)，并且記錄選取的仰角Θ1，其衛(wèi)星PRNW及信噪比等級序列Ei數(shù)據(jù)，圖3為 GPS01號星仰角、方位角與GI^信噪比等級數(shù)據(jù)的對應關(guān)系圖，其中各個圖的橫坐標都是采 樣點數(shù)，7、8和9分別表示滿足上述數(shù)據(jù)選擇標準而所要選擇的仰角、方位角W及GI^信噪 比等級數(shù)據(jù)；然后對滿足條件的每顆衛(wèi)星PRN分別將其仰角正弦化sin Θ1，并按仰角正弦 的從小到大順序重新排列對應的GI^信噪比等級數(shù)據(jù)Ei，得到GI^信噪比等級數(shù)據(jù)隨仰角 的變化趨勢序列；(xli,yli),i= 1，2,...，Ii,其中xli=sin(目i),yli=Ei。
[0043] 步驟5 :頻譜分析W及提取相位信息；
[0044] 從步驟2中的公式可知，GI^衛(wèi)星干設信號功率是仰角的正弦函數(shù)sin Θ的時間 函數(shù)，因Θ是按時間均勻采樣的，但轉(zhuǎn)化成正弦后變成非均勻采樣，因此先對仰角的正弦 數(shù)據(jù)和GI^信噪比等級數(shù)據(jù)進行等間隔均勻采樣，W獲取足夠多的數(shù)據(jù)樣本點為（Xi，yi)，i =1,2,...,I。然后本發(fā)明采用均勻采樣頻譜分析方法FFTIJ'astFouriertransform)分 析頻譜。
[0045]FFT是一種DFT的高效算法，稱為快速傅立葉變換。由于樣本點（xli，yli)都是離 散點，用標準的離散數(shù)字信號序列表示為y(n) =y(Xi),η=i-1,η= 0, 1，. . .，N-1,N=I， 一共有個N計時觀測量。首先DFT的定義為：
[0046]
陽047]Ww為旋轉(zhuǎn)因子，Y(k)為輸入序列y(η)對應的N點對應頻率點的相對幅度。利用 Ww的對稱性和周期性，即?味:巧;《 =巧戶^>，可按蝶形算法對上式進行一次次分 解，算出頻域結(jié)果。圖4中上半部分的圖是進行頻譜分析后的結(jié)果，圖4下半部分是對上半 部分的部分放大，可W看出20化處為最大頻譜密度點，我們將運個頻率點選取出來作為干 設信號功率模型的主頻率f。
[0048] 求得主頻率f后，為此我們將時域信號序列y(Xi)采用Ξ參數(shù)的正弦振蕩信號模 型來表示為：
[0049] P=acos(2 3TfX-Φ) +C,其中
[0050] 其中f是正弦振蕩的頻率，其余3個參數(shù)為待求量。因參數(shù)Φ在p中W非線性方 式出現(xiàn)，我們采用非線性最小二乘擬合法擬合該模型。具體步驟如下：
[005Ui.先計算出實際觀測值y(Xi)在各點的殘差平方和：
[0052]
[0053] ii.然后Z(曰，Φ，C)對參數(shù)曰，Φ，C分別就偏導數(shù)并置為零，聯(lián)立方程解出3個未 知數(shù)曰，Φ，αΦ即為GI^信噪比等級數(shù)據(jù)y(x)的相位。 陽054]步驟6:建立相位與濕度的函數(shù)關(guān)系并反演±壤濕度； 陽化5] 為了建立相位與濕度的關(guān)系，需要通過GI^接收機接收數(shù)天的數(shù)據(jù)，并且測量對 應天數(shù)的±壤濕度值。此外，待處理的GI^信噪比等級數(shù)據(jù)其對應的濕度值應變化較明 顯，運樣可w排除一些因外界的干擾而造成的擾動。因此，本發(fā)明選取了濕度值變化明顯的 約Ξ十天左右的數(shù)據(jù)，然后對待處理的數(shù)據(jù)進行上述相同的操作，并提取出Φ，序列，j= 1，2,. ..，LL為處理的總天數(shù)。同時將相位Φ,與對應濕度值mv,的變化趨勢繪制在一張 圖中，然后將它們的線性關(guān)系擬合出來，建立經(jīng)驗模型。如圖5所示，因為mv,與Φ,有明顯 的線性關(guān)系，建立模型Φ=aimv+a2,然后采用線性最小二乘法可W求出系數(shù)曰1，曰2:
[0056] i.先計算出殘差平方和
，然后H(ai，a2) 對參數(shù)曰1，曰2分別就偏導數(shù)并置為零
其中m= 1，2。聯(lián)立方程就出2個未知數(shù)曰1， 曰2;
[0057] ii.通過求出的參數(shù)am確定相位與濕度的線性關(guān)系
[0058] 圖5所示，為某地采樣的±壤濕度值和相位的線性線關(guān)系，其中11為實際在一個 月中采集的±壤濕度值mv及對應的相位值Φ，通過最小二乘法求得擬合的直線為12。
[0059] 之后即可利用該線性關(guān)系，在算得某天的GI^信噪比等級數(shù)據(jù)的相位值之后可反 演該天的±壤濕度。
[0060] 本發(fā)明的特點是首次采用了C0RS站的GI^信噪比等級數(shù)據(jù)進行±壤濕度的反演， 避免了對原始信噪比數(shù)據(jù)的依賴。運樣能夠充分發(fā)揮C0RS站歷史數(shù)據(jù)的作用進行±壤濕 度估計，利用率高。
[0061] 應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0062] 應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本 發(fā)明專利保護范圍的限制，本領域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán) 利要求所保護的范圍情況下，還可W做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā) 明的請求保護范圍應W所附權(quán)利要求為準。
【主權(quán)項】
1. 一種利用GPS信噪比等級數(shù)據(jù)sn_rnX進行土壤濕度估計的方法，其特征在于，包括 以下步驟： 步驟1 :GPS信噪比等級數(shù)據(jù)、仰角以及方位角的獲取； 利用地基CORS站的GPS接收機接收GPS干涉信號，輸出RINEX(ReceiverIncbpendent ExchangeFormat)數(shù)據(jù)格式的觀測值0文件和導航電文N文件；然后處理0文件和N文件， 可以計算得到各顆衛(wèi)星的仰角、方位角、UTC時刻等信息，并將上述數(shù)據(jù)存成txt文檔；最后 根據(jù)上述生成的txt文檔文件和0文件共同的UTC時間信息，對每顆衛(wèi)星篩選出txt文檔 中包含該顆衛(wèi)星對應的UTC時間、仰角、方位角以及Rinex格式的0文件包含的信噪比等級 數(shù)據(jù)sn_rnx信息； 步驟2 :數(shù)據(jù)篩選； 先選取低仰角范圍的、方位角基本保持不變的，并且GPS信噪比等級數(shù)據(jù)具有明顯變 化的衛(wèi)星及這段范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)；然后將仰角正弦化，并按仰角正弦的從小到大順序重新排 列其對應的GPS信噪比等級數(shù)據(jù)； 步驟5 :頻譜分析并獲取相位信息； 先對仰角的正弦和GPS信號強度數(shù)據(jù)進行等間隔均勻插值，以獲取足夠多的數(shù)據(jù)樣 點；然后用均勻采樣信號頻譜分析法分析頻譜并獲取主頻率f;再對GPS信噪比等級數(shù)據(jù)進 行曲線擬合，擬合得到的相位值即為所求； 步驟6 :建立相位與濕度的函數(shù)關(guān)系并反演土壤濕度； 先按上述步驟處理得到多天的相位信息；然后繪制相位與實測濕度之間的變化關(guān)系， 并根據(jù)兩者的關(guān)系以及經(jīng)驗模型建立一種函數(shù)關(guān)系；最后處理某天的數(shù)據(jù)獲得相位，將相 位代入上述線性關(guān)系可反演出該天的土壤濕度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用GPS信噪比等級數(shù)據(jù)進行土壤濕度估計的方法，其特征 在于：采用的是sn_rnX數(shù)據(jù)，步驟1中所述的處理0文件和N文件得到仰角等信息，是根據(jù) 頻率1^上C/A碼所測定的偽距算出衛(wèi)星與GPS接收機的空間位置，包括GPS接收機相對于 衛(wèi)星的仰角和方位角等信息。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用GPS信噪比等級數(shù)據(jù)進行土壤濕度估計的方法，其特征 在于：步驟2中所述的GPS信噪比數(shù)據(jù)的篩選，其篩選依據(jù)是選擇具有兩個完整周期的方波 數(shù)據(jù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用GPS信噪比等級數(shù)據(jù)進行土壤濕度估計的方法，其特征 在于：步驟3中所述的均勻插值，采用的是最近鄰插值法。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用GPS信噪比等級數(shù)據(jù)進行土壤濕度估計的方法，其特征 在于：步驟3中所述的頻譜分析法，是快速傅里葉變換法FFT。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用GPS信噪比等級數(shù)據(jù)進行土壤濕度估計的方法，其特征 在于：步驟6的具體實現(xiàn)過程中，根據(jù)經(jīng)驗模型建立的是一種線性函數(shù)關(guān)系。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用GPS信噪比等級數(shù)據(jù)sn_rnx進行土壤濕度估計的方法，該方法根據(jù)sn_rnx自身呈矩形波變換的特點對數(shù)據(jù)進行篩選后根據(jù)頻譜分析法和最小二乘法提取相位信息，最后建立相位與濕度的函數(shù)關(guān)系并依據(jù)此函數(shù)關(guān)系反演土壤濕度等步驟；本發(fā)明的特點是首次采用了CORS站的GPS信噪比等級數(shù)據(jù)sn_rnx進行土壤濕度的反演，避免了對原始信噪比數(shù)據(jù)sn_raw的依賴，這樣能夠充分發(fā)揮CORS站歷史數(shù)據(jù)的作用進行土壤濕度估計，利用率高。
【IPC分類】G01N23/00
【公開號】CN105277575
【申請?zhí)枴緾N201510819393
【發(fā)明人】嚴頌華, 陜娟, 陳能成
【申請人】武漢大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月23日