【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及微波鏈路監測，特別是涉及一種基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統及方法。
技術介紹
1、降雨是誘發自然災害的重要影響因素，多數農業氣象災害均與降雨存在直接或間接的聯系，如洪澇、漬害和長期無降雨造成的干旱等。因此，降雨監測是農業防災減災的重要組成。雨量計、氣象雷達和氣象衛星等傳統降水監測技術手段雖然已經廣泛應用于各種科學研究與實際應用，但在現代精準農業生產中，經常有基于細分田塊的定制化、精細化的生產管理需求，而針對田塊等小尺度區域降水的動態實時精準監測，這些傳統手段仍然存在不足。
2、農業降水主要關注對農作物造成影響的近地降水，即實際降落到田間的雨、雪、雹等。雨量計雖然可以準確地測量地表降水量，但是作為一種定點測量方式，其區域代表性差，若想達到局地區域降水量的精準監測，所需雨量計數量往往非常龐大，建設與維護成本高。而氣象雷達與氣象衛星的觀測大多針對大氣云層，較難實現對田間小尺度區域降水動態的監測與降水災害的發現和跟蹤。其次，氣象衛星也通常需要一定的時間間隔才能對目標區域進行多次觀測，在時間和空間分辨率上存在局限性，難以實現許多小尺度的降水的精準監測，如短時局地陣雨等。
3、目前基于微波鏈路的降雨反演研究大多仍為方法性探索和仿真試驗，尚缺乏足夠的實測試驗。同時，很多降雨反演方法和模型算法相對復雜，實際操作難度高，不易于大范圍應用。特別是對于已經提出的許多雨衰預測模型來說，這些模型是利用其它地區降雨環境的雨衰統計數據建立的，由于它們的地區差異性，這些模型不能直接用于研究我國降雨環境中降雨衰減的影響。
技術實現思路
1、為了解決上述現有技術存在的問題，本專利技術的目的是提供一種等效和便于實際操作的方法構建微波鏈路降雨反演模型，并基于該反演模型設計開發了降雨傳感器原型，搭建了一種基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，進一步探索田塊尺度降雨監測方法及應用。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了如下方案：
3、一種基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，包括：
4、微波發射模塊，用于發射微波信號；
5、微波接收模塊，用于接收因氣體分子阻擋的接收信號，獲取接收信號強度的指示電壓；
6、反演模塊，用于將所述指示電壓輸入降雨反演模型，獲取微波鏈路內的平均降雨強度；其中，所述降雨反演模型利用降雨引起的微波鏈路平均衰減結果結合微波雨衰模型獲得。
7、可選地，所述反演模塊包括：
8、模型構建子模塊，用于利用降雨引起的微波鏈路平均衰減結果結合微波雨衰模型，獲取降雨反演模型；
9、a/d轉換子模塊，用于集成所述降雨反演模型，將所述指示電壓輸入所述降雨反演模型，獲取微波鏈路內的平均降雨強度。
10、可選地，所述模型構建子模塊包括：
11、微波平均衰減結果獲取單元，用于基于降雨過程中微波傳輸的衰減與降雨前后的臨近時間段微波傳輸衰減，并結合所設置的固定微波發射信號強度和頻率，獲取微波衰減結果，通過所述微波衰減結果結合所述接收信號與所述指示電壓的線性對應關系，獲取所述降雨引起的微波鏈路平均衰減結果。
12、可選地，獲取所述獲取微波衰減結果的方法為：
13、arain＝(assl-arsl)-(assl-a'rsl)＝a'rsl-arsl
14、其中，arain為微波雨衰，arsl為降雨過程中微波接收端的接收信號強度；a'rsl為降雨前后臨近時間段微波接收端的接收信號強度；assl為發射端的發射信號強度。
15、可選地，獲取所述線性對應關系的方法為：
16、arsl＝m·vrssi+n
17、其中，arsl為微波接收端的接收信號強度，vrssi為降雨環境中微波傳輸設備的接收端接收信號強度指示電壓，m、n為常數。
18、可選地，獲取所述降雨引起的微波鏈路平均衰減結果的方法為：
19、
20、其中，γ為降雨引起的微波鏈路平均衰減結果，d為微波發射端與接收端的傳輸距離，vr'ssi和vrssi分別為降雨前后臨近時間段與降雨環境中微波傳輸設備的接收端接收信號強度指示電壓，m、n為常數。
21、可選地，獲取所述微波雨衰模型的方法為：
22、γ＝krα
23、其中，r為微波路徑平均降雨強度，γ為降雨引起的微波鏈路平均衰減，k和α為系數。
24、可選地，獲取所述降雨反演模型的方法為：
25、
26、其中，r為微波路徑平均降雨強度，vr'ssi和vrssi分別為降雨前后臨近時間段與降雨環境中微波傳輸設備的接收端接收信號強度指示電壓，k和α為系數。
27、為實現上述目的，本專利技術提供了一種基于微波鏈路的農田環境降雨監測方法，包括：
28、發射微波信號，接收因氣體分子阻擋的接收信號，獲取接收信號強度的指示電壓；
29、將所述指示電壓輸入降雨反演模型，獲取微波鏈路內的平均降雨強度；其中，所述降雨反演模型利用降雨引起的微波鏈路平均衰減結果結合微波雨衰模型獲得。
30、本專利技術的有益效果為：
31、本專利技術每組微波傳輸設備(發送端與接收端)和a/d轉換模塊共同構成一個降雨傳感器原型系統，直接輸出視距微波鏈路范圍內平均降雨強度值，實現兩點之間的降雨動態監測。如果部署多組微波傳輸設備，構建多條交叉的微波鏈路網絡，則可實現指定區域范圍內的基于微波鏈路網絡的近地面二維降雨場監測傳感器網絡。因此，該降雨傳感器原型系統可以實現簡易操作和靈活擴展為多個區域的降雨監測傳感網；每個監測現場可以是“單點對單點”(單個傳感器的一維降雨場動態監測)、可以是“多點對多點”(多個傳感器的二維降雨場動態監測)，也可以進行近地面三維降雨場動態監測，實現不同尺度的和不同維度的區域降雨動態的精準監測。
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1.一種基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，其特征在于，所述反演模塊包括：
3.根據權利要求2所述的基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，其特征在于，所述模型構建子模塊包括：
4.根據權利要求3所述的基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，其特征在于，獲取所述獲取微波衰減結果的方法為：
5.根據權利要求3所述的基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，其特征在于，獲取所述線性對應關系的方法為：
6.根據權利要求1所述的基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，其特征在于，獲取所述降雨引起的微波鏈路平均衰減結果的方法為：
7.根據權利要求1所述的基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，其特征在于，獲取所述微波雨衰模型的方法為：
8.根據權利要求1所述的基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，其特征在于，獲取所述降雨反演模型的方法為：
9.應用于權利要求1-8任一項所述的基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統的監測方法，其特征在于，包括：<...
【技術特征摘要】
1.一種基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，其特征在于，所述反演模塊包括：
3.根據權利要求2所述的基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，其特征在于，所述模型構建子模塊包括：
4.根據權利要求3所述的基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，其特征在于，獲取所述獲取微波衰減結果的方法為：
5.根據權利要求3所述的基于微波鏈路的農田環境降雨監測系統，其特征在于，獲取所述線性對...
【專利技術屬性】
技術研發人員：杜克明，王騰，邊思源，劉布春，孫忠富，
申請(專利權)人：中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所，
類型：發明
國別省市：
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