基于超宽带雷达传感器的土壤信道估计

摘要

土壤信息监测是实现农业发展的基础。研究一种高性能、低成本的土壤信息采集技术对实现农业现代化、科技化至关重要。超宽带雷达传感器具有共享频率资源、穿透能力强、低功耗等技术优点，并且多个雷达传感器节点组成雷达传感网络，可实行区域化的土壤信息监测。本文基于超宽带雷达传感器对土壤信道进行估计。首先，通过对不同土壤环境下超宽带雷达信号的传播特性进行分析，建立土壤信道模型；然后，对该环境下的信道冲激响应与土壤湿度、pH值之间的关系进行了研究。
　　具体工作及相应的结论如下：
　　1.描述了本文土壤信道模型的研究方法和土壤信道数据的测量方法。分别对常用的几种信道模型进行了分析，选取了统计性建模作为本文的信道研究方法；对时域和频域数据测量方法做了比较，并结合本文现有的研究基础选取了时域测量法。
　　2.搭建实验环境和选取实验设备，为本文信道数据采集奠定基础。以超宽带雷达传感器为平台，分别对不同湿度值和 pH值的土壤采集了大量的雷达回波信号。
　　3.利用CLEAN算法从雷达接收信号中提取出了不同湿度值、pH值土壤的信道冲激响应。本文利用最大似然估计算法分别估计信道冲激响应的幅度、簇时延和多径时延数据统计分布模型的相应参数值，并计算各参数对应的标准差值。
　　4.提出了针对本文实验条件下的pH值、湿度值土壤的信道冲激响应幅度和时延特性的统计模型。通过比较统计模型的密度曲线和幅度、时延数据的统计直方图与密度曲线间的RMSE值来分析各统计模型的拟合性能。本文通过独立分析研究提出，广义极值分布具有最佳的信道冲激响应幅度、簇时延数据密度包络曲线，并且对于多径时延数据，对数逻辑斯分布密度曲线拟合性能最佳。泊松分布不适合本文实验条件下的时延数据统计分布。
　　5.本文研究分析了信道冲激响应与土壤pH、湿度之间的关系，提出了一种土壤湿度、pH值的测量方法。结果显示：在本文实验条件下，幅度和时延统计模型参数基本不受土壤湿度值的影响，CIR多径时延统计模型?参数与pH有着较好的相关性，其他情况下pH值对统计模型的参数影响较小。

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第一章 绪 论

1.1 本文研究意义和研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要工作

1.4 论文的章节内容安排

第二章 UWB信道模型

2.1 UWB信道特性

2.2 UWB信道研究

2.3 本章小结

第三章 基于UWB雷达传感器土壤信道数据测量

3.1 UWB信道数据测量技术

3.2 土壤UWB信道数据获取

3.3 本章小结

第四章 土壤UWB信道冲激响应

4.1 UWB无线信道冲激响应及主要参数

4.2 UWB信道冲激响应提取算法

4.3 土壤信道冲激响应提取

4.4 常用统计模型分析

4.5 本章小结

第五章 土壤信道冲激响应特性统计分析

5.1 统计模型参数估计算法

5.2 不同湿度值的土壤信道数据分析

5.3 不同pH值的土壤信道数据分析

5.4 土壤湿度、pH与CIR特性间的关系

5.5 本章小结

第六章 论文总结与展望

6.1 论文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果