基于软件无线电的树木雷达探测系统及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115166647A(43)申请公布日2022.10.11(21)申请号202210961577.3(22)申请日2022.08.11(71)申请人北京林业大学地址100083北京市海淀区清华东路35号(72)发明人周海洋夏鹏凯孙卿峰(74)专利代理机构徐州拉沃智佳知识产权代理有限公司32455专利代理师刘鹏(51)Int.Cl.G01S7/28(2006.01)G01S7/282(2006.01)G01S7/285(2006.01)G01S7/292(2006.01)G01S7/41(2006.01)G01S13/89(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称基于软件无线电的树木雷达探测系统及方法(57)摘要本发明公开了基于软件无线电的树木雷达探测系统及方法，所述树木雷达探测系统包括：用于发射和接收电磁波的雷达波收发器、用于解调雷达波信号的匹配滤波器、用于增强特定方向上电磁波强度的两个定向天线和用于存储电磁波回波并处理回波信号的PC机，雷达波收发器、匹配滤波器、两个定向天线依次连接，PC机与雷达波收发器连接。本发明系统具备较强的抗干扰能力和穿透能力，能够轻松穿透树木枝干各分层结构，信号处理十分容易，具有较高的实时处理能力。同时本发明方法通过建立不同树木的数据库，对木制体内部的异常位置的定位与判断采取自适应阈值的方式，监测精度更高。CN115166647ACN115166647A权利要求书1/1页1.基于软件无线电的树木雷达探测系统，其特征在于，包括：用于发射和接收电磁波的雷达波收发器、用于解调雷达波信号的匹配滤波器、用于增强特定方向上电磁波强度的两个定向天线和用于存储电磁波回波并处理回波信号的PC机，雷达波收发器、匹配滤波器、两个定向天线依次连接，PC机与雷达波收发器连接。2.如权利要求1所述的基于软件无线电的树木雷达探测系统，其特征在于，所述雷达波收发器采用limeSDR，limeSDR基于LMS7002芯片为核心，进行电磁波的发送和接收。3.如权利要求1所述的基于软件无线电的树木雷达探测系统，其特征在于，所述PC机内置与GNURadio开源软件无线电，通过其进行自定义设置信号的类型、频率、周期、增益在内的参数，并能够对接收到的信号进行频域、时域、瀑布图、星座图在内的方面的分析，也可利用自带模块对波形进行保存。4.如权利要求1所述的基于软件无线电的树木雷达探测系统，其特征在于，所述匹配滤波器使雷达波信号输出信噪比最大，利用匹配滤波器的脉冲响应对雷达回波信号进行匹配滤波，获得滤波信号，实现对信号的最佳接收。5.基于软件无线电的树木雷达探测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、两个定向天线对着待检测树木的方向设置；S2、开始发射电磁波，该电磁波通过匹配滤波器使雷达波信号输出信噪比最大，再经过一定向天线进行前向放大后，发射至待检测树木，雷达波穿透树木内部并不同介质分层界面产生电磁波回波；S3、另一定向天线对经过检测树木反射回传的电磁波进行后向抑制，再通过匹配滤波器的脉冲响应对回波信号进行匹配滤波，获得滤波信号，然后将接收的电磁波回波存储在PC机上；S4、通过PC机内置的OCTAVE利用基于过完备字典稀疏分解算法对回波信号进行处理，获得信号更为简洁的表示方式；S5、信号处理后利用剥层算法并根据电磁波在层状介质中的传播特性逐层反演出各层参数，与当前树种的介电常数范围进行比对，对当前层位进行识别，从而完成树木枝干径向分层结构的介电特征解析；S6、建立不同树木的数据库，对木制体内部的异常位置的定位与判断采取自适应阈值的方式。6.如权利要求5所述的基于软件无线电的树木雷达探测方法，其特征在于，步骤S3中还能进行：寻找滤波信号中的最大值以及所对应的时间延迟；比较滤波信号中的最大值与阈值的关系，并记录信号中大于阈值的点所对应的时间延迟，然后减去在带宽内的初始信号；根据最大的时间延迟，推出层位每个层位的时间延迟；把被检测到的探测波段回波信号内置为0，重复以上步骤，进而推断出每个反射层位的信息。7.如权利要求6所述的基于软件无线电的树木雷达探测方法，其特征在于，步骤S5中的根据电磁波在层状介质中的传播特性逐层反演出各层参数，是通过回波信号时延和幅度变化根据电磁波传播模型逐层反演出目标参数。2CN115166647A说明书1/4页基于软件无线电的树木雷达探测系统及方法技术领域[0001]本发明属于树木测量技术领域，具体涉及基于软件无线电的树木雷达探测系统及方法。背景技术[0002]我国北方地区多属于温带和寒带气候，冬季有较长时间的冰霜期，这些区域中有大面积的经济和生态林木每年都会面临比较严重的寒害威胁。低温胁迫下树木水分生理响应规律的研究对了解树木的抗寒性能有着