探地雷达测量土壤水方法及其尺度特征
摘要：土壤水的多尺度观测与模拟是当前国内外研究的热点问题。探地雷达作为一种测量土壤含水量的现代先进技术，填补了传统测量方法与遥感方法之间的尺度缺口，国内外大量研究表明：应用探地雷达测量土壤含水量的精度较高，测量速度快，无需破坏土壤结构，作为一种田间尺度的测量方法在测量中、小尺度土壤水空间分布特征等方面具有独特优势，通过不同频率的选定能够测量深度为0.05～50 m的土壤含水量。对探地雷达测量土壤水的主要方法、原理、精度及优缺点等进行详尽介绍，并讨论探地雷达的测量深度和尺度特征等问题。探地雷达在遥感反演土壤水模型率定与精度验证方面比TDR、烘干法更有优势，有潜力应用于遥感产品验证、土壤水模式时间稳定性分析等其他水文相关应用中，为相关研究和探地雷达测量土壤水方法的推广提供理论参考。
关键词：探地雷达；土壤水；测量深度；尺度特征；遥感
中图分类号：P641.7；S152 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2017）02-0037-08
土壤水，分布在地面以下、地下水面以上的土壤层中，
也被称作土壤中的非饱和带水分，是一种重要的水资源（在农田水利中也被称作土壤墒情或土壤湿度）。土壤水的时空
分布与变化对土壤一植被一大气间水分、能量平衡具有显著影响，准确测量土壤含水量，对研究区域水循环、观测干旱的发生及发展过程、指导当地农业生产实践、合理进行水资源调控等工作均具有重要意义。
随着科学技术的发展，出现了多种土壤含水量测量技术，按测量的空间尺度可大体划分为三种：一是点尺度，主要包括烘干称重法、中子法、时域反射仪法（TDR）、频域反射仪法（FDR）等，这些方法测定的数据能较准确地反映观测点
的土壤含水量，但都存在耗时费力并对土壤具有一定破坏性等问题；二是区域尺度，主要包括探地雷达（GPR）技术和
近地面环境宇宙射线中子法等，是无危害，非接触，不破坏土壤，不受土壤质地、密度、盐分等影响的土壤含水量测量方法，适合几十公顷等较大面积的土壤墒情观测，这些技术在快速发展；三是卫星像元尺度，卫星遥感反演土壤含水量是通过测量土壤表面反射或发射的电磁能量，建立遥感信息与土壤含水量之间的关系，从而反演出地表土壤含水量的过程，按遥感波段划分主要有可见光-近红外法（反射率法、植被指数法），热红外法（热惯量法、作物缺水指数法、温度
状态指数法）和微波遥感法（主动微波法、被动微波法）等，具有快速、覆盖范围大和定期重复观测等优势，但遥感方法
只能对表层土壤进行观测（一般小于20cm），尤其是反演结果的地面同尺度验证一直是该方法推广应用的瓶颈。
探地雷达（ground penetration radar，简称GPR）是一种快捷高效测量中、小尺度土壤水的方法，具有探测深度大、便捷快速、测量精度高、分辨率高、无损测量等优点，可以弥补传统方法和遥感方法在土壤含水量监测中的不足。对探地雷达测量土壤含水量的主要测量方法、测量原理、测量精度及各种方法的优缺点等进行介绍，对探地雷达地面直达波和反射波的测量深度，及探地雷达在多尺度土壤墒情协同观测与遥感反演、田间尺度土壤水运动模拟验证等研究中的应用进行探讨，将对丰富土壤含水量的监测手段及水资源监测评估和田间尺度的灌溉管理等具有积极意义。
1探地雷达技术及其测量土壤水的原理、方法
1.1探地雷达技术及发展
探地雷达是采用中心频率10 MHz～3 GHz范围的高频电磁波探测地下或建筑物内部结构与特征的电磁探测技术，主要由发射天线、接收天线和控制单元构成，它的原理与反射地震学和声呐技术相似，发射天线向地下发射高频短脉冲的电磁波，当电磁波遇到电性差异大的分界面或目标体时反射回地面被接收天线接收，根据接收天线记录的电磁波双程走时、振幅、波形等信息可以确定地层结构或目标体的埋深、位置等。接收天线接收的电磁波根据传播路径主要分为空气
波、地面直达波、反射波和折射波，根据研究需要选取不同雷达波进行分析计算，图1为雷达波在双层土壤中的传播路径。GPR常以脉冲反射波波形的形式记录接收到的雷达波，一条测线上不同测点的记录道构成完整的雷达记录剖面图。波形的正负峰分别以灰阶或不同颜色显示，等灰线或等色线即表示反射层或目标体。
自20世纪70年代中期商用探地雷达投入市场以来，探地雷达技术逐渐完善，应用领域不断扩展，涉及冰川、考古、地质、水文、勘探、土壤等研究方向。20世纪90年代，探地雷达技术的提高实现了波速的精确测量，探地雷达在土壤含水量测量方面的应用成为了研究热点。Basson等发表了探地雷达在以色列测量土壤含水量的比较结果；Du和Rum-mel 提出用GPR的地面直达波测量土壤含水量，并且不需要已知土壤的深度和反射层；Chanzy等、Weiler等、Dannowski等和Lunt等采用反射波?y量得到反射层至土壤表面间的平均含水量，但该方法需要已知反射层的深度；Huisman等研究了单偏移距法的测量精度，为GPR快速测量大面积的土壤含水量奠定了理论基础；Huis-man等通过在3 600 m2区域的GPR与TDR对比实验，表明GPR单偏移距法比TDR测量空间土壤含水量变化的效果更好；Lambot提出基于离地探地雷达的全波形反演法。近十年间，国内外学者对探地雷达测量土壤含水量的研究日趋深入，在与TDR、蒸渗仪、中子探测器、
称重法等方法的对比分析、不同GPR测量方法的比较、不同土壤质地的应用等方面都有相关研究，Deiana等、Steelman 等、M angel等在渗透实验观测、非饱和带土壤水流动模型
验证等方面推广了GPR的应用。
1.2探地雷达测量土壤水的原理
因为干地质材料、水和空气的介电常数值存在明显差异，使得土壤孔隙中含水量的变化极大地改变了土壤介电常数。雷达波在非饱和带土壤中的传播速度取决于土壤介电常数，利用GPR提取出地面直达波或反射波的速度，计算土壤介电常数，再根据土壤介电常数与土壤含水量关系即可求得土壤含水量。在低损介质中，电磁波波速v与介电常数ε的关系为（1）式中：c为电磁波在真空中的传播速度即0.3×109m/s。
土壤介电常数与土壤含水量θ关系可以用经验公式、半理论公式描述，见表1。
Topp公式由TDR技术得到，用于将介电常数转化成体积含水量，是目前应用最广泛的经验公式。它只有一个参数，计算简单、效果较好，尤其适用于粗质地土壤，但过高地估计了干土和湿土的土壤含水量，对湿土尤其明显。经过校正的Herkerlrah公式比Topp公式有更高的精度，但是Herkelrath 公式需要确定参数a、b，工作量大。当土壤含水量很低时，GPR所测介电常数较TDR明显偏低使土壤含水量误差大，此
时需要对介电常数一土壤含水量关系式进行校正。
GPR可以用不同频率对土壤含水量进行监测，高频天线能够获取更高的空间分辨率但由于电磁波衰减快使得探测
深度较小，低频天线由于电磁波衰减较慢使得探测深度比高频天线大，但空间分辨率比高频天线低。
1.3探地雷达测量土壤水的方法
探地雷达通过提取雷达波信息获得土壤介电常数，进而反演土壤含水量。根据GPR的不同测量方式，有以下5种方法测量土壤含水量，即多偏移距法、单偏移距法、透射零偏移距法和透射多偏移距法、地表反射法和全波形反演法。
1.3.1多偏移距法（Multi Offset Reffection Method）
多偏移距法是通过等距地改变收发天线间的距离进行
监测的一种方法，多偏移距法划分为两种，分别为共中心点法和宽角法。共中心点法（CMP）是天线间的中心点固定，收发天线同时向相反方向等距移动的测量方法（图2（a））。宽角法（WARR）是发射天线保持不动，接收天线移动使天线间距离等距增大的测量方法（图2（b））。这两种测量方式可以直接获取雷达波在土壤中的传播速度，利用地面直达波或反射波的波速推求介电常数从而得到土壤含水量。
尽管多偏移距法应用广泛，该理论仍存在一些不足。它无法控制测量深度，单次测量对非均质土壤的土壤含水量的反映不充分，操作费时耗力，空间分辨率低，不适用于大范
围土壤含水量的监测和土壤含水量空间变化的绘制。
1.3.2
单偏移距法（contoon/single offsetreflection method）
单偏移距法是收发天线间距保持不变，以相同间隔水平移动的测量方法。用这种方法提取地面波信息可以获取土壤含水量空间变化，绘制空间土壤含水量分布图。通过单偏移距法地面波估计土壤含水量的精确度受零时刻（tGw）校正
和地面直达波传播时间（taw）提取精度的影响。为准确提
取tGW、taw，在测量前需要用CMP或WARR法确定合适的天线间距使tGW、tAW能明显区分开。
Galagedara等用WARR研究发现当天线间距为1.5～2 m 时测量效果更好。Huisman等给出225 MHz GPR单偏移距法地面波测量土壤含水量，相对于TDR结果的均方根误差为Q 018 m3/m3。Grote等人与烘干法含水量对比研究得出
450MHz GPR的均方根误差为0.017 m3/m3，900 MHzGPR测量结果的均方根误差为0.011 m3/m3。Weihermller等将450 MHz GPR和TDR土壤含水量测量结果对比得到GPR的均方根?`差为0.076 m3/m3。
单偏移距法具有高分辨率和快速、实时监测功能，适用于大范围的土壤水分时空分布监测，但用反射波求含水量时需要确定反射面深度。CMP和WARR法可直接确定反射点（面）的深度，但耗时长，不适合较大范围的动态监测。可先用CMP
法或WARR法确定最佳天线间距与反射界面深度，再采用FO 法进行大范围的土壤剖面含水量测定。
1.3.3透射零偏移距法（Trans ZOG）和透射多偏移距法（Trans MOP）
透射零偏移距法和透射多偏移距法是由钻孔雷达探测
地下介质的雷达波波速发展而来的测量方法。钻孔雷达是将发射天线和接收天线分别放入平行钻孔中测量的一种探地
雷达，可以探测比地表探地雷达更深的目标。透射零偏移距法（Trans ZOG）是收发天线保持同一水平面对不同深度进行测量的方法（见图4），可以得到土壤含水量的垂向变化。透射多偏移距法（Trans MOP）是发射天线和接收天线分别在不同深度进行测量的方法（图4），能得出两钻空间剖面土壤含水量变化图。Alumbaugh等用钻孔雷达所得含水量的均方根误差为2.0%～3.0%，但用钻孔雷达测量时钻孔间距不能超过10cm，因此只能用于小尺度监测，而且钻孔破坏土壤结构在农田实施较为困难。
透射零偏移距法（Ttans MOG）和透射多偏移距法（Trans ZOP）不仅适用于钻孔雷达，而且能应用在地表探地雷达中，并绘制土壤含水量变化的二维图。Wiiew ardana和Galagedara 基于该理论用200 MH zGPR通过地面直达波测量土壤水，研究显示测量值与烘干法结果相关系数达0.87，均方根误差为0.0184m3/m3。
透射多偏移距法较耗时，但能提供二维土壤水信息。透射零偏移距法空间分辨率高，采样体积大，操作简单，测量速度快，更重要的是在钻孔中它可以根据研究目的直接控制测量深度。
1.3.4地表反射法（surface reflection methodl
地表反射法是用离地探地雷达系统（off-grunnd
GPR/air-launched GPR）测定空气与地面界面反射系数从而推求土壤含水量的测量方式。离地探地雷达系统是用轮子或低空飞行平台将探地雷达架离地面测量的探地雷达系统，测量速度快，运移方便，在区域土壤水监测方面占有明显优势。与遥感像元尺度反演方法相比，遥感反演法通过植被指数、地表温度、微波后向散射系数等遥感参数建立统计模型反演土壤含水量，遥感反演结果存在空间分辨率低、探测深度浅等瓶颈问题，并需要大量实测土壤水数据校正反演模型、验证反演结果精度。由于遥感影像覆盖范围广、下垫面变化多样等因素，验证数据采用烘干法、TDR测量法等得到土壤水数据，存在尺度不匹配、投入大、费时费力等问题。蒋金豹等基于MIMICS模型联合光学和微波数据反演麦田的地表土壤含水量，在研究区内选取49个试验点用于验证，并在10 m ×10 m的区域内均匀选择10个点利用TDR测量土壤含水量，取10个点的平均值作为该试验点的土壤含水量。陈长红等用分辨率为25 m的RADARSAT-2数据反演风沙滩地区地表土
壤水，根据野外35个采样点烘干法的实测数据进行精度验证。虞文丹等联合TVDI和气象因子构建表层土壤相对含水量估算模型，并用研究区内均匀分布的28个土壤湿度测站数
据对模型结果进行了验证。上述遥感反演模型的验证方法均是在实验区内均匀选取适量试验点，用该点土壤含水量作为所在像元的实测土壤含水量，模拟数据与实测数据尺度不同，可能导致验证结果不准确，这种验证方法存在一定问题。而探地雷达比遥感反演法测量精度更高、机动灵活、空间分辨率更高且可控、测量深度更大、测量结果具有空间分布特征等优势，可在遥感反演结果验证等方面发挥积极作用，有益于模拟结果与野外实测数据的尺度匹配问题。
除此之外，对于粗粒土，探地雷达能提供连续、高分辨率的地下水位记录，该应用减少了用于测量潜水面和确定地下水流动的观测井数量，降低观测成本。用上述方法GPR可以绘制潜水面深度时空分布，推断地下水运移的时空变化情况，确定地下水补给和排泄区域、井的位置，估计水力梯度，在此基础上进一步帮助提高、调整和验证水文土壤模型。
4展望
探地雷达测量土壤水具有不破坏土壤层、精度较高、速度快、适合中、小尺度监测等优点，随着探地雷达技术的发展和测量方法的完善，它在测定土壤含水量方面的应用值得关注。
（1）探地雷达将作为观测中小尺度土壤含水量信息的重要途经。单偏移距法能提供更高的空间分辨率和更少的测量时间，对不同灌溉结构的识别效果好，更适于中尺度观测；利用透射多偏移距法在地表GPR的应用虽能提供小尺度二维土壤水空间变化，该方法地面直达波的土壤水测量不确定性和采样深度有待进一步研究；特?e是GPR的全波反演法近年来成为GPR测量土壤水的研究热点。
（2）因便于空间尺度匹配，探地雷达在遥感反演土壤水模型率定与精度验证方面比TDR、烘干法更有优势，有潜力应用于遥感产品验证、土壤水模式时间稳定性分析等其他水文相关应用中。
（3）将探地雷达测量的一定深度和空间范围的土壤水数据，应用于分布式水文模型的参数率定与验证，将有益于提高模型模拟精度。
土壤湿度检测及自动浇水系统设计 1 设计主要内容及要求 1.1 设计目的： 随着人们生活水平的提高花卉逐渐受到人们的青睐，本设计要求利用单片机设计一款家庭智能浇花器，实现自动浇花，节省人力，方便人们出差的时候不至于影响花卉的生长，如果在家也可以关断浇花器。 （1）了解土壤湿度检测的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。 （2）初步掌握常用土壤湿度检测传感器的特点和应用场合，并选择恰当方法应用于本设计。 1.2 基本要求 （1）通过c8051f020单片机编程来实现土壤湿度的实时显示，并具有超量程报警装置。 （2）要求设计相关传感器系统和控制系统实现自动浇水功能。 （3）要求设计相关的硬件电路，包括传感器的选型、控制系统和显示系统的硬件电路设计。 1.3 发挥部分 自由发挥 2 设计过程及论文的基本要求： 2.1 设计过程的基本要求 （1）基本部分必须完成，发挥部分可任选； （2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份； （3）报告的电子档需全班统一存盘上交。 2.2 课程设计论文的基本要求 （1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于4000字。图纸为A4，所有插图不允许复印。 （2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。 3 时间进度安排
一设计任务描述 1.1 设计题目：土壤湿度检测及自动浇水系统设计 1.2 设计要求 1.2.1 设计目的： 随着人们生活水平的提高花卉逐渐受到人们的青睐，本设计要求利用单片机设计一款家庭智能浇花器，实现自动浇花，节省人力，方便人们出差的时候不至于影响花卉的生长，如果在家也可以关断浇花器。 （1）了解土壤湿度检测的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。（2）初步掌握常用土壤湿度检测传感器的特点和应用场合，并选择恰当方法应用于本设计。 1.2.2 基本要求： （1）通过C8051F020单片机编程来实现土壤湿度的实时显示，并具有超量程报警装置。 （2）要求设计相关传感器系统和控制系统实现自动浇水功能。 （3）要求设计相关的硬件电路，包括传感器的选型、控制系统和显示系统的硬件电路设计。
1、雷达的任务：测量目标的距离、方位、仰角、速度、形状、表面粗糙度、介电特性。 雷达是利用目标对电磁波的反射现象来发现目标并测定其位置。 当目标尺寸小于雷达分辨单元时，则可将其视为“点”目标，可对目标的距离和空间位置角度定位。目标不是一个点，可视为由多个散射点组成的，从而获得目标的尺寸和形状。采用不同的极化可以测定目标的对称性。 任一目标P所在的位置在球坐标系中可用三个目标确定：目标斜距R，方位角，仰角 在圆柱坐标系中表示为：水平距离D，方位角，高度H 目标斜距的测量：测距的精度和分辨力力与发射信号的带宽有关，脉冲越窄，性能越好。目标角位置的测量：天线尺寸增加，波束变窄，测角精度和角分辨力会提高。 相对速度的测量:观测时间越长，速度测量精度越高。 目标尺寸和形状：比较目标对不同极化波的散射场，就可以提供目标形状不对称性的量度。 2、雷达的基本组成：发射机、天线、接收机、信号处理机、终端设备 3、雷达的工作频率：220MHZ-35GHZ。L波段代表以22cm为中心，1-2GHZ;S波段代表10cm，2-4GHZ；C波段代表5cm，4-8GHZ；X波段代表3cm，8-12GHZ；Ku代表，12-18GHZ；Ka代表8mm，18-27GHZ。 第二章雷达发射机 1、雷达发射机的认为是为雷达系统提供一种满足特定要求的大功率发射信号，经过馈线和收发开关并由天线辐射到空间。 雷达发射机可分为脉冲调制发射机：单级振荡发射机、主振放大式发射机；连续波发射机。 2、单级振荡式发射机组成：大功率射频振荡器、脉冲调制器、电源 触发脉冲 脉冲调制器大功率射频振荡器收发开关 电源高压电源接收机 主要优点：结构简单，比较轻便，效率较高，成本低；缺点：频率稳定性差，难以产生复杂的波形，脉冲信号之间的相位不相等 3、主振放大式发射机：射频放大链、脉冲调制器、固态频率源、高压电源。射频放大链是发射机的核心，主要有前级放大器、中间射频功率放大器、输出射频功率放大器 射频输入前级放大器中间射频放大器输出射级放大器射频输出固态频率源脉冲调制器脉冲调制器 高压电源高压电源电源 脉冲调制器：软性开关调制器、刚性开关调制器、浮动板调制器 4、现代雷达对发射机的主要要求：发射全相参信号；具有很高的频域稳定度；能够产生复杂信号波形；适用于宽带的频率捷变雷达；全固态有源相控阵发射机 5、发射机的主要性能指标： 工作频率和瞬时带宽：雷达发射机的频率是按照雷达的用途确定的。瞬时带宽是指输出功率变化小于1bB的工作频带宽度。 输出功率：雷达发射机的输出功率直接影响雷达的威力范围以及抗干扰的能力。雷达发
雷达目标识别发展趋势 雷达具备目标识别功能是智能化的表现，不妨参照人的认知过程，预测雷达目标识别技术的发展趋势： (1)综合目标识别 用于目标识别的雷达必将具备测量多种目标特征的手段，综合多种特征进行目标识别。我们人类认知某一事物时，可以通过观察、触摸、听、闻、尝，甚至做实验的方法认知，手段可谓丰富，确保了认知的正确性。 目标特征测量的每种手段会越来越精确，就如同弱视的人看东西，肯定没有正常人看得清楚，也就不能认知目标。 识别结果反馈给目标特征测量，使目标特征测量成为具有先验信息的测量，特征测量精度会有所提高，识别的准确程度也会相应提高。 雷达具备同时识别目标和背景的功能。人类在观察事物的时候，不仅看到了事物的本身，也看到了事物所处的环境。现有的雷达大多通过杂波抑制、干扰抑制等方法剔除了干扰和杂波，未来的雷达系统需要具备识别目标所处背景的能力，这些背景信息在战时也是有用的信息。 雷达具备自适应多层次综合目标识别能力。用于目标识别的雷达虽然需要具备测量多种目标特征的手段，但识别目标时不一定需要综合所有的特征，这一方面是因为雷达系统资源不允许，另一方面也是因为没有必要精确识别所有的目标。比如司机在开车时，视野中有很多目标，首先要评价哪几个目标有威胁，再粗分类一下，是行人还是汽车，最后再重点关注一下靠得太近、速度太快的是行人中的小孩子还是汽车中的大卡车。 (2)自学习功能 雷达在设计、实现、装备的过程中，即具备了设计师的基因，但除了优秀的基因之外，雷达还需要具有学习功能，才能在实战应用中逐渐成熟。 首先，要具有正确的学习方法，这是设计师赋予的。对于实际环境，雷达目标识别系统应该知道如何更新目标特征库、如何调整目标识别算法、如何发挥更好的识别性能。 其次，要人工辅助雷达目标识别系统进行学习，这就如同老师和学生的关系。在目标识别系统学习时，雷达观测已知类型的合作目标，雷达操作员为目标识别系统指出目标的类型，目标识别系统进行学习。同时还可以人为的创造复杂的电磁环境，使目标识别系统能更好地适应环境。 (3)多传感器融合识别 多传感器的融合识别必定会提高识别性能，这是毋容置疑的。这就好比大家坐下来一起讨论问题，总能讨论出一个好的结果，至少比一个人说的话更可信。但又不能是通过投票的方式，专家的话肯定比门外汉更有说服力。多传感器融合识别需要具备双向作用的能力。 并不是给出融合识别的结果就结束了，而是要利用融合识别的结果反过来提高各个传感器的识别性能，这才是融合识别的根本目的所在。反向作用在一定程度上降低了人工辅助来训练目标识别系统的必要性，也减少了分别进行目标识别试验的总成本。
科研报告 课程名称：信号检测与估值 题目：匹配滤波器在雷达信号中的应用院（系）：信息与控制工程学院 专业方向：信号与信息处理 姓名：许娟 学号：1508210675 任课教师：毛力 2015 年1月14日
匹配滤波器在雷达信号中的应用 摘要 本文介绍了雷达系统及有关匹配滤波器的主要内容，着重介绍与分析了雷达系统信号处理的脉冲压缩(匹配滤波)现代雷达技术，雷达系统通过脉冲压缩解决解决雷达作用距离和距离分辨力之间的矛盾，最后实现对雷达目标的检测。关键词:雷达系统脉冲压缩
Abstract This paper introduces the radar system and the main content of the matched filter, this paper introduces and analyses emphatically the signal processing of the pulse compression radar system (matched filtering) of modern radar technology, by pulse compression radar system to solve the contradiction between the radar range and distance resolution,finally the realization of the radar target detection. Keywords:pulse compression radar system
雷达原理复习要点第一章（重点） 1、雷达的基本概念 雷达概念(Radar)： radar的音译，Radio Detection and Ranging 的缩写。无线电探测和测距，无线电定位。 雷达的任务： 利用目标对电磁波的反射来发现目标并对目标进行定位，是一种电磁波的传感器、探测工具，能主动、实时、远距离、全天候、全天时获取目标信息。 从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息？ 斜距R : 雷达到目标的直线距离OP 方位α: 目标斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(正北、正南或其它参考方向)在水平面上的夹角。 仰角β：斜距R与它在水平面上的投影OB在铅垂面上的夹角，有时也称为倾角或高低角。 2、目标距离的测量 测量原理 式中，R为目标到雷达的单程距离，为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔，c为电磁波的传播速率(=3×108米/秒) 距离测量分辨率 两个目标在距离方向上的最小可区分距离 最大不模糊距离 3、目标角度的测量 方位分辨率取决于哪些因素 4、雷达的基本组成 雷达由哪几个主要部分，各部分的功能是什么 同步设备：雷达整机工作的频率和时间标准。 发射机：产生大功率射频脉冲。 收发转换开关: 收发共用一副天线必需，完成天线与发射机和接收机连通之间的切换。 天线：将发射信号向空间定向辐射，并接收目标回波。接收机：把回波信号放大，检波后用于目标检测、显示或其它雷达信号处理。 显示器：显示目标回波，指示目标位置。 天线控制(伺服)装置：控制天线波束在空间扫描。 电源第二章 1、雷达发射机的任务 为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去 2、雷达发射机的主要质量指标 工作频率或波段、输出功率、总效率、信号形式、信号稳定度 3、雷达发射机的分类 单级振荡式、主振放大式 4、单级振荡式和主振放大式发射机产生信号的原理，以及各自的优缺点 单级振荡式： 脉冲调制器：在触发脉冲信号激励下产生脉宽为τ的脉冲信号。 优点：简单、廉价、高效； 缺点：难以产生复杂调制，频率稳定性差，脉冲间不相干；主振放大式： 固体微波源：是高稳定度的连续波振荡器。 优点：复杂波形，稳定度高，相干处理 缺点：系统复杂、昂贵 第三章（重点） 1、接收机的基本概念 接收机的任务 通过适当的滤波将天线接收到的微弱高频信号从伴随的噪声和干扰中选择出来，并经过放大和检波后，送至显示器、信号处理器或由计算机控制的雷达终端设备中。 超外差接收机概念 将接收信号与本机振荡电路的振荡频率，经混频后得到一个中频信号，这称为外差式接收。得到的中频信号再经中频放大器放大的，称为超外差式。中频信号经检波后得到视频信号。 接收机主要组成部分 接收机主要质量指标 灵敏度S i min、接收机的工作频带宽度、动态范围、中频的选择和滤波特性、工作稳定度和频率稳定度、抗干扰能力、微电子化和模块化结构 2、接收机的噪声系数（重点） 噪声系数、噪声温度的定义 噪声系数：接收机输入端信号噪声比和输出端信号噪声比的比值。实际接收机输出的额定噪声功率与“理想接收机”输出的额定噪声功率之比。 噪声温度：温度Te称为“等效噪声温度”或简称“噪声温度”, 此时接收机就变成没有内部噪声的“理想接收机”级联电路的噪声系数
土壤湿度的测定方法 国内外有很多土壤水分测定方法。具体方法列举如下：称重法，时域反射法（TDR），石膏法，红外遥感法，频域反射法/频域法(FDR/FD法)，滴定法，电容法，电阻法，微波法，中子法， Karl Fischer法，γ射线法和核磁共振法等。 ①烘干法 烘干法是测定土壤水分最普遍的方法，也是标准方法。具体为：从野外获取一定量的土壤，然后放到105℃的烘箱中，等待烘干。其中烘干的标准为前后两次称重恒定不变。烘干后失去的水分即为土壤的水分含量。计算公式为土壤含水量=W/M*100%，M为烘干前的土壤重量，W为土壤水分的重量，即M与烘干后土壤重量M’的差值。称重法缺点是费时费力（需8小时以上），还需要干燥箱及电源，不适合野外作业。如果采用酒精燃烧法，由于需要翻炒多次，极为不便，不适合用于细粒土壤和含有有机物的土壤，且容易掉落土粒或燃烧不均匀而带来较大误差，而且需要取土测量，对土壤有破坏性。 ②TDR（Time Domain Reflectometry）法 TDR法是上世纪80年代发展起来的一种土壤水分测定方法，中文为时域反射仪。这种方法在国外应用相当普遍，国内才刚开始引进，当各部门都相当重视。TDR是一个类似于雷达系统的系统，有较强的独立性，其结果与土壤类型、密度、温度基本无关。而且还有很重要的一点就是，TDR能在结冰下测定土壤水分，这是其他
方法无法比拟的。另外，TDR能同时监测土壤水盐含量，且前后两次测量的结果几乎没有差别。这种测定方法的精确度可见一斑。 ③欧速土壤水分传感器直接测量法 因为TDR法设备昂贵，我公司开始用比TDR更为简单的方法来测量土壤的介电常数，而且测量时间更短，在经过特定的土壤校准之后，测量精度高，而且探头的形状不受限制，可以多深度同时测量，数据采集实现较容易。
目标识别技术 摘要： 针对雷达自动目标识别技术进行了简要回顾。讨论了目前理论研究和应用比较成功的几类目标识别方法：基于目标运动的回波起伏和调制谱特性的目标识别方法、基于极点分布的目标识别方法、基于高分辨雷达成像的目标识别方法和基于极化特征的目标识别方法，同时讨论了应用于雷达目标识别中的几种模式识别技术：统计模式识别方法、模糊模式识别方法、基于模型和基于知识的模式识别方法以及神经网络模式识别方法。最后分析了问题的可能解决思路。 引言： 雷达目标识别技术回顾及发展现状 雷达目标识别的研究始于"20世纪50年代，早期雷达目标特征信号的研究工作主要是研究达目标的有效散射截面积。但是，对形状不同、性质各异的各类目标，笼统用一个有效散射面积来描述，就显得过于粗糙，也难以实现有效识别。几十年来，随着电磁散射理论的不断发展以及雷达技术的不断提高，在先进的现代信号处理技术条件下，许多可资识别的雷达目标特征信号相继被发现，从而建立起了相应的目标识别理论和技术。 随着科学技术的飞速发展，一场以信息技术为基础、以获取信息优势为核心、以高技术武器为先导的军事领域的变革正在世界范围内兴起，夺取信息优势已成为夺取战争主动权的关键。电子信息装备作为夺取信息优势的物质基础，是推进武器装备信息化进程的重要动力，其总体水平和规模将在很大程度上反映一个国家的军事实力和作战能力。 雷达作为重要的电子信息装备，自诞生起就在战争中发挥了极其重要的作用。但随着进攻武器装备的发展，只具有探测和跟踪功能的雷达也已经不能满足信息化战争的需要，迫切要求雷达不仅要具有探测和跟踪功能，而且还要具有目标识别功能，雷达目标分类与识别已成为现代雷达的重要发展方向，也是未来雷达的基本功能之一。目标识别技术是指：利用雷达和计算机对遥远目标进行辨认的技术。目标识别的基本原理是利用雷达回波中的幅度、相位、频谱和极化等目标特征信息，通过数学上的各种多维空间变换来估算目标的大小、形状、重量和表面层的物理特性参数，最后根据大量训练样本所确定的鉴别函数，在分类器中进行识别判决。目标识别还可利用再入大气层后的大团过滤技术。当目标群进入大气层时，在大气阻力的作用下，目标群中的真假目标由于轻重和阻力的不同而分开，轻目标、外形不规则的目标开始减速，落在真弹头的后面，从而可以区别目标。 所谓雷达目标识别，是指利用雷达获得的目标信息，通过综合处理，得到目标的详细信息（包括物理尺寸、散射特征等），最终进行分类和描述。随着科学技术的发展，武器性能的提高，对雷达目标识别提出了越来越高的要求。 目前，目标识别作为雷达新的功能之一，已在诸如海情监控系统、弹道导弹防御系统、防空系统及地球物理、射电天文、气象预报、埋地物探测等技术领域发挥出很大威力。为了提高
目标特性测量雷达平台建设构想 0 引言雷达目标电磁散射特性测量是雷达系统共性基础技术，主要研究雷达观测目标在入射电磁波照射激励下，目标在频率域、角度域、极化域的电磁散射机理与特性，包括窄带特性、宽带特性、极化特性等。要多维度精细认识目标，需要获取丰富的信息资源暨特征数据作为支撑，但是目前对目标的认识是通过既有的雷达提供的数据，传统雷达使命任务往往非常单一，同一雷达平台很难提供多种信息，要充分认识目标，需要多部雷达平台协作，成本高昂，而且数据协同上存在较大技术难度。 1目标特性的种类与作用 雷达目标特征隐含于雷达回波中，通过特定的波形设计和对回波幅度、相位、频谱等处理、分析及变换，得到表征雷达目标固有特征的参量。雷达目标电磁散射特性研究对雷达系统设计、成像与目标识别、目标隐身与反隐身探测等都具有极其重要的意义。 雷达目标特性的认识从宏观上包括两个方面：雷达目标尺度信息、雷达目标特征信息，研究内容有理论研究、仿真试验、静态测试和靶场动态测量等。当前对目标的认识主要通过静、动态测量来实现，大部分设备研制厂商更关注动态测量的效果[1] 。 静态测量：室外场测量系统主要包括发射与接收设备、目标 支架与转台、定标体、数据采集与记录、控制系统等。 动态测量：与静态测量相比，利用目标处于动态（飞行）等实际工
作状态时，测量获取目标的电磁散射特性数据是最真实、最可信、最有效的，动态测量平台雷达可分布于靶场等测量试验区域，包括地面固定平台和为车载、舰载、机载等移动平台。 2目标特性测量平台设计 在目标特性测量方面，国内相关单位已研制并装备频率覆盖多个波段、多种型号的目标特性测量雷达，满足动态目标特性测量的需求。但外场测量设备功能及数量有限，难以满足多平台、全频段、双站散射、多极化的测量需求。当前目标各种特征信息分析已经取得了很大的成绩，同时如何获取更为全面、精细的目标多维特征愈显重要，需要一种综合平台，实时完成目标特性信息的采集、处理、结果输出、存储及比对。 2.1信息采集系统（雷达）一般来说，由于发射波形、接收线性动态范围、变极化、幅度与相位标定等要求不同，特征测量与精密跟踪互相矛盾，对于一部雷达其功能只能进行设计侧重。采用模块化、集成化雷达设计思想，建立通用系统平台，其频段、波形、极化通道等模块化设计选择配装，后端数字接收、信号处理、数据处理平台公用，这样可以用一个平台完成多部雷达功能。 2.2信息采集系统（标校） 测量平台作为标尺，其本身的精度与稳定性要求非常高，因此需要完备的标校系统来校正设备，主要完成测量平台雷达距离、角度零位标定；进行雷达发射、接收、跟踪通道的检查及配合校准等；完成雷达测量通道的一致性检查校准；数据录取、存储、导入导出功能无线指
雷达信号处理及目标识别分系统方案 西安电子科技大学 雷达信号处理国家重点实验室 二○一○年八月
一 信号处理及目标识别分系统任务和组成 根据雷达系统总体要求，信号处理系统由测高通道目标识别通道组成。它应该在雷达操控台遥控指令和定时信号的操控下完成对接收机送来的中频信号的信号采集，目标检测和识别功能，并输出按距离门重排后的信号检测及识别结果到雷达数据处理系统，系统组成见图1-1。 220v 定时信号 目标指示数据 目标检测结果输出目标识别结果输出 图1-1 信号处理组成框图 二 测高通道信号处理 测高信号处理功能框图见图2-1。 s 图2-1 测高通道信号处理功能框图
接收机通道送来中频回波信号先经A/D 变换器转换成数字信号，再通过正交变换电路使其成为I 和Q 双通道信号，此信号经过脉冲压缩处理，根据不同的工作模式及杂波区所在的距离单元位置进行杂波抑制和反盲速处理，最后经过MTD 和CFAR 处理输出检测结果。 三 识别通道信号处理 识别通道信号处理首先根据雷达目标的运动特征进行初分类，然后再根据目标的回波特性做进一步识别处理。目标识别通道处理功能框图见图3-1所示。 图3-1 识别通道处理功能框图 四 数字正交变换 数字正交变换将模拟中频信号转换为互为正交的I 和Q 两路基带信号，A/D 变换器直接对中频模拟信号采样，通过数字的方法进行移频、滤波和抽取处理获得基带复信号，和模拟的正交变换方法相比，消除了两路A/D 不一致和移频、滤波等模拟电路引起的幅度相对误差和相位正交误差，减少了由于模拟滤波器精度低，稳定性差，两路难以完全一致所引起的镜频分量。 目标识别结果输出
土壤含水量测量方法 ( 1 )称重法(Gravimetric) 也称烘干法，这是唯一可以直接测量土壤水分方法，也是目前国际上的标准方法。用土钻采取土样，用0.1g 精度的天平称取土样的重量，记作土样的湿重 M，在 105℃的烘箱内将土样烘 6~8 小时至恒重，然后测定烘干土样，记作土样的干重 Ms 土壤含水量=(烘干前铝盒及土样质量-烘干后铝盒及土样质 量)/(烘干后铝盒及土样质量-烘干空铝盒质量)*100% ( 2 )张力计法(Tensiometer) 也称负压计法，它测量的是土壤水吸力测量原理如下：当陶土头插入被测土壤后，管内自由水通过多孔陶土壁与土壤水接触，经过交换后达到水势平衡，此时，从张力计读到的数值就是土壤水(陶土头处)的吸力值，也即为忽略重力势后的基质势的值，然后根据土壤含水率与基质势之间的关系(土壤水特征曲线)就可以确定出土壤的含水率 ( 3 ) 电阻法(Electricalresistance) 多孔介质的导电能力是同它的含水量以及介电常数有关的，如果忽略含盐的影响，水分含量和其电阻间是有确定关系的电阻法是将两个电极埋入土壤中，然后测出两个电极之间的电阻。但是在这种情况下，电极与土壤的接触电阻有可能比土壤的电阻大得多。因此采用将电极嵌入多孔渗水介质(石膏、尼龙、玻璃纤维等)中形成电阻块以解决这个问题 ( 4 ) 中子法(Neutronscattering) 中子法就是用中子仪测定土壤含水率中子仪的组成主要包括：一个快中子源，一个慢中子检测器，监测土壤散射的慢中子通量的计数器及屏蔽匣，测试用硬管等。快中子源在土壤中不断地放射出穿透力很强的快中子，当它和氢原子核碰撞时，损失能量最大，转化为慢中子(热中子)，热中子在介质中扩散的同时被介质吸收，所以在探头周围，很快的形成了持常密度的慢中子云
土壤含水量的测定（烘干法） 进行土壤水分含量的测定有两个目的：一是为了解田间土壤的实际含水状况，以便及时进行灌溉、保墒或排水，以保证作物的正常生长；或联系作物长相、长势及耕栽培措施，总结丰产的水肥条件；或联系苗情症状，为诊断提供依据。二是风干土样水分的测定，为各项分析结果计算的基础。前一种田间土壤的实际含水量测定，目前测定的方法很多，所用仪器也不同，在土壤物理分析中有详细介绍，这里指的是风干土样水分的测定。 风干土中水分含量受大气中相对湿度的影响。它不是土壤的一种固定成分，在计算土壤各种成分时不包括水分。因此，一般不用风干土作为计算的基础，而用烘干土作为计算的基础。分析时一般都用风干土，计算时就必须根据水分含量换算成烘干土。 测定时把土样放在105～110℃的烘箱中烘至恒重，则失去的质量为水分质量，即可计算土壤水分百分数。在此温度下土壤吸着水被蒸发，而结构水不致破坏，土壤有机质也不致分解。下面引用国家标准《土壤水分测定法》。 2.3.1适用范围 本标准用于测定除石膏性土壤和有机土（含有机质20%以上的土壤）以外的各类土壤的水分含量。 2.3.2方法原理 土壤样品在105±2℃烘至恒重时的失重，即为土壤样品所含水分的质量。 2.3.3仪器设备 ①土钻；②土壤筛：孔径1mm；③铝盒：小型直径约40mm，高约20mm；大型直径约55mm，高约28mm；④分析天平：感量为0.001g和0.01g；⑤小型电热恒温烘箱；⑥干燥器：内盛变色硅胶或无水氯化钙。 2.3.4试样的选取和制备 2.3.4.1风干土样选取有代表性的风干土壤样品，压碎，通过1mm筛，混合均匀后备用。 2.3.4.2新鲜土样在田间用土钻取有代表性的新鲜土样，刮去土钻中的上部浮土，将土钻中部所需深度处的土壤约20g，捏碎后迅速装入已知准确质量的大型铝盒内，盖紧，装入木箱或其他容器，带回室内，将铝盒外表擦拭干净，立即称重，尽早测定水分。 2.3.5测定步骤 2.3.5.1风干土样水分的测定将铝盒在105℃恒温箱中烘烤约2h，移入干燥器内冷却至室温，称重，准确到至0.001g。用角勺将风干土样拌匀，舀取约5g，
目标识别技术 2009-11-27 20:56:41| 分类：我的学习笔记| 标签：|字号大中小订阅 摘要： 针对雷达自动目标识别技术进行了简要回顾。讨论了目前理论研究和应用比较成功的几类目标识别方法：基于目标运动的回波起伏和调制谱特性的目标识别方法、基于极点分布的目标识别方法、基于高分辨雷达成像的目标识别方法和基于极化特征的目标识别方法，同时讨论了应用于雷达目标识别中的几种模式识别技术：统计模式识别方法、模糊模式识别方法、基于模型和基于知识的模式识别方法以及神经网络 模式识别方法。最后分析了问题的可能解决思路。 引言： 雷达目标识别技术回顾及发展现状 雷达目标识别的研究始于"20世纪50年代，早期雷达目标特征信号的研究工作主要是研究达目标的有效散射截面积。但是，对形状不同、性质各异的各类目标，笼统用一个有效散射面积来描述，就显得过于粗糙，也难以实现有效识别。几十年来，随着电磁散射理论的不断发展以及雷达技术的不断提高，在先进的现代信号处理技术条件下，许多可资识别的雷达目标特征信号相继被发现，从而建立起了相应的目标 识别理论和技术。 随着科学技术的飞速发展，一场以信息技术为基础、以获取信息优势为核心、以高技术武器为先导的军事领域的变革正在世界范围内兴起，夺取信息优势已成为夺取战争主动权的关键。电子信息装备作为夺取信息优势的物质基础，是推进武器装备信息化进程的重要动力，其总体水平和规模将在很大程度上反 映一个国家的军事实力和作战能力。 雷达作为重要的电子信息装备，自诞生起就在战争中发挥了极其重要的作用。但随着进攻武器装备的发展，只具有探测和跟踪功能的雷达也已经不能满足信息化战争的需要，迫切要求雷达不仅要具有探测和跟踪功能，而且还要具有目标识别功能，雷达目标分类与识别已成为现代雷达的重要发展方向，也是未来雷达的基本功能之一。目标识别技术是指：利用雷达和计算机对遥远目标进行辨认的技术。目标识别的基本原理是利用雷达回波中的幅度、相位、频谱和极化等目标特征信息，通过数学上的各种多维空间变换来估算目标的大小、形状、重量和表面层的物理特性参数，最后根据大量训练样本所确定的鉴别函数，在分类器中进行识别判决。目标识别还可利用再入大气层后的大团过滤技术。当目标群进入大气层时，在大气阻力的作用下，目标群中的真假目标由于轻重和阻力的不同而分开，轻目标、外形不规则的目标开始减 速，落在真弹头的后面，从而可以区别目标。 所谓雷达目标识别，是指利用雷达获得的目标信息，通过综合处理，得到目标的详细信息（包括物理尺寸、散射特征等），最终进行分类和描述。随着科学技术的发展，武器性能的提高，对雷达目标识别 提出了越来越高的要求。 目前，目标识别作为雷达新的功能之一，已在诸如海情监控系统、弹道导弹防御系统、防空系统及地球物理、射电天文、气象预报、埋地物探测等技术领域发挥出很大威力。为了提高我国的军事实力，适应未来反导弹、反卫、空间攻防、国土防空与对海军事斗争的需要，急需加大雷达目标识别技术研究的力度雷达目标识别策略主要基于中段、再入段过程中弹道导弹目标群的不同特性。从结构特性看，飞行中段
第 11章土壤湿度测量 11.1概述 土壤含水量是影响农作物收成与水保的重要因素之一。土壤湿度对于制定灌溉进程表、水与溶质流的评价、净太阳辐射潜热与显热的划分等方面都是很重要的。 作为预测水源耗竭模式中的重要参量,土壤湿度在水文学中是很重要的。在大气数值模式中陆气相互作用的模拟及水气循环的其它参量要求测量土壤湿度,卫星遥感评价的验证也需要直接测量地表土壤水分。 土壤湿度的测量可用土壤含水量与土壤湿度位势的测定来表示。土壤含水量反映了土壤中水的质量与体积,而土壤湿度位势则反映土壤水分能量状态。 农业学科非常关注土壤水分的测定。为满足土壤水分状态测量的广泛需求,许多仪器已发展到商业化的程度,使用最普遍的将在下面予以讨论,包括其优点与缺点。此外,对在将来不久可能被广泛使用的新式仪器也予以简要讨论。 11.1.1定义 土壤含水量 称重技术是测量土壤含水量最为简单且被广泛运用的方法。因为此方法简单易行而且是直接测量,所以被用作其它方法参照的标准。定义在干质基础上的称重土壤湿度g θ可表达为: 100?=soil water g M M θ (11.1 此处 water M 为土样中水质量, soil M 为土样中烤干(100-110℃后的土质量。
对于风干(25℃的矿物土壤,称重土壤湿度通常少于 2%,但随着土壤水分达到饱和,其水含量会增到 25%至 60%。但是称重取样法具有破坏性,使得土壤接近饱和时,取得准确的土壤含水量测量结果变得极为困难。 通常,土壤湿度用体积表达。由于降水、蒸散量和溶质变化参量通常用容量表示,用体积表示的水含量更为有用。体积水含量v θ可表达为: 100?soil water v V V θ (11.2 此处, water V 为水体积, soil V 为土壤(土 +气 +水总体积。 土壤体积含水量的变化可从风干土壤的少于 10%到临近饱和的矿物土壤的 40-50%间变化。由于水与土壤体积的准确测定存在困难,体积水含量通常间接测定。 体积与称重土壤含水量有一定关系。该关系如下: w b g v ρρθθ/= (11.3 b ρ是干土壤体积密度, w ρ是土壤水分密度 土壤湿度位势 土壤湿度位势是描述土壤水分能量状态,它对水分传输分析、含水量评价、土壤——植被——水相互作用等都很重要。两地土壤湿度位势的不同反映了水流的趋势,即由高位势流向低位势。由于湿度位势会随干燥而减少(负值变得更大 ,运移它所需的功就要增加,使得植物抽吸水变得困难。当植物水上吸变得更困难时,植物水位势因此下降,最终导致植物受压,甚至枯萎。 通常,湿度位势描述土壤水力做的功,或在负位势下水从土壤中运移出来所需的功。总湿度位势t ψ(所有力场的综合效应表达如下: p m z t ψψψψψ+++=0 (11.4
土壤温湿度计使用原理及使用步骤 大家都知道现在大棚种植都会使用壁挂式土壤温湿度计来保持大棚内的温度和湿度，从而使植物能很好的生产，其实只保持大棚内的温度是远远不够的，植物生长也需要适合的土壤温度和湿度。 要测量土壤的温湿度一般都是使用插入式的土壤温湿度计的，当然这种插入式土壤温湿度计和我们通常所说的工业上的插入式土壤温湿度计也是不同的。一般土壤插入式土壤温湿度计比较小，而且不同工业上使用的土壤温湿度计，一般土壤温湿度计有好几个探针，而且探针的长度不一样，这样是为了更好的测量不同深度土壤的温湿度。 土壤温湿度计又称为便携式土壤温度速测仪、快速土壤水分温度仪、快速土壤水分温度测定仪、土壤温湿度测定仪、土壤温湿度记录仪等,土壤温湿度计可同时测土壤表层和不同深度的土壤容积含水量，测量精度高，存储容量大，体积小巧，便于携带。可用于农田、水利、森林、草坪、公路、铁路养护等的长期监测，可连续监测土壤的水分，性能稳定，可靠性高，免维护。 土壤温湿度计可脱离开计算机独立工作，上位机软件功能强大，数据查看方便，随时可以将记录数据导出到计算机中，并可以存储为EXCE表格文件，生成数据曲线，以供其它分析软件进一步进行数据处理，连接计算机可以打印存储数据。 土壤温湿度计广泛应用于农业、林业、地质、农田、水利、森林、草坪、公
路、铁路养护等测等方面的测量及研究。 既然我们知道了土壤温湿度计有这么多的功能和优点，但是土壤温湿度计具体的使用步骤大家都不太清楚吧，接下来就由小编来详细的介绍下吧！ 土壤温湿度计使用步骤： 1、去除被测土壤表面石子、草、树叶等覆盖物，去除表层土壤，如果土壤太干，先浇一些水，过25~30分钟后再进行测量； 2、在测量前，用柔软的布将探头金属表面擦拭干净，将开关选择到测量的选项，水分，酸度。初次使用该仪器时，建议反复测试几次再读数，以免探头金属表面的保护油层对水分值和PH值造成影响； 3、测土壤PH值和湿度时,先将探头尽量深地插到土里,探头上面部分留大约1厘米。 4、在测量时，将仪器探头插入土壤，注意将探头电极要全部插入土壤里面，而且要确保电极和边上的土壤紧密接触。 5、拨动笔上的按键到MOIST, MOIST是水份键,对应表上的是MOIST, DRY 是干, WET是湿,数值1-3(红色部分)说明需要浇水, 4-7(绿色部分)是合适的,请根据植物的品种调整浇水时间, 8-10(蓝色部分)说明太湿了。 6、拨动笔上的按键到PH, PH是酸碱度键,对应表上的是8-3.5数值, ALKALINE是碱, ACDIC是酸,数值7基本是中性,数越小说明酸度越大,请根据植物的品种调整土壤酸碱度。 7、LIGHT键是光照度,测量范围0-2000流明,数值越大,说明光照越强,请根据植物的品种来决定是否需要遮阴。 8、为了确保测量土壤的PH值金额水分值，需将探头插入土壤约十分钟。因为土壤性质的不同，探头和土壤接触的紧密度也不同，建议测量多个数值，取平均值； 9、使用时注意插电极时不能碰到石头,不要用力过猛,否则容易伤害电极.
雷达目标识别技术述评 孙文峰 （空军雷达学院重点实验室，湖北武汉430010） 摘要：首先对雷达目标识别研究领域已经取得的成果和存在的问题进行简单的回顾，然后结合对空警戒雷达，阐明低分辨雷达目标识别研究的具体思路。 关键词：雷达目标识别；低分辨雷达 Review on Radar Target Recognition SUN Wen-feng （Key laboratory, Wuhan Radar Academy, Wuhan 430010, China）Abstract: The acquired productions and existent problems of radar target recognition are reviewed simply, then the specific considerations of target recognition with low resolution radar are illustrated connect integrating with air defense warning radar in active service. Key words: radar target recognition; low resolution radar 1．引言 雷达目标识别（RTR—Radar Target Recognition）是指利用雷达对单个目标或目标群进行探测，对所获取的信息进行分析，从而确定目标的种类、型号等属性的技术。1958年，D.K.Barton（美国）通过精密跟踪雷达回波信号分析出前苏联人造卫星的外形和简单结构，如果将它作为RTR研究的起点，RTR至今已走过了四十多年的历程。目前，经过国内外同行的不懈努力，应该说RTR已经在目标特征信号的分析和测量、雷达目标成像与特征抽取、特征空间变换、目标模式分类、目标识别算法的实现技术等众多领域都取得了不同程度的突破，这些成果的取得使人们有理由相信RTR是未来新体制雷达的一项必备功能。目前，RTR技术已成功应用于星载或机载合成孔径雷达（SAR—Synthetic Aperture Radar）地面侦察、毫米波雷达精确制导等方面。但是，RTR还远未形成完整的理论体系，现有的R TR 系统在功能上都存在一定的局限性，其主要原因是由于目标类型和雷达体制的多样化以及所处环境的极端复杂性。本文首先对RTR研究领域已经取得的成果和存在的问题进行简单的回顾，最后结合对空警戒雷达，阐明了低分辨雷达目标识别研究的具体思路。 2．雷达目标识别技术的回顾与展望 雷达目标识别研究的主体有三个，即雷达、目标及其所处的电磁环境。其中任何一个主体发生改变都会影响RTR系统的性能，甚至可能使系统完全失效，即RTR研究实际上是要找到一种无穷维空间与有限类目标属性之间的映射。一个成功的RTR系统必定是考虑到了目标、雷达及其所处电磁环境的主要可变因素。就目标而言主要有目标的物理结构、目标相对于雷达的姿态及运动参数、目标内部的运动（如螺旋桨等）、目标的编队形式、战术使用特点等等；就雷达而言主要有工作频率、带宽、脉冲重复频率（PRF）、天线方向图、天线的扫描周期等等；环境因素主要有各种噪声（如内部噪声和环境噪声）、杂波（如地杂波、海杂波和气象杂波）和人为干扰等。在研制RTR系统时必须综合考虑这些因素，抽取与目标属性有关的特征，努力消除与目标属性无关的各种不确定因素的影响。
雷达目标识别技术综述 1引言 目标识别是现代雷达技术发展的一个重要组成部分。对雷达目标识别的研究，在国内外已经形成热点，但由于问题本身的复杂性，以及多干扰信号，特别是多噪声干扰源存在的复杂电磁环境，雷达目标识别问题至今还没有满意的答案，尚无成熟的技术和方法。因此，对雷达目标识别技术的研究具有极其重要的军事应用价值。 本文将对雷达自动目标识别技术进行简要回顾，讨论目前理论研究和应用比较成功的几类目标识别方法，以及应用于雷达目标识别中的模式识别技术，分析和讨论问题的可能解决思路。 2雷达目标识别模型 雷达目标识别需要从目标的雷达回波中提取目标的有关信息标志和稳定特征并判明其属性。它根据目标的后向电磁散射来鉴别目标，是电磁散射的逆问题。利用目标在雷达远区所产生的散射场的特征，可以获得用于目标识别的信息，回波信号的幅值、相位、频率和极化等均可被利用。对获取的目标信息进行计算机处理，与已知目标的特性进行比较，从而达到自动识别目标的目的。识别过程分成三个步骤：目标的数据获取、特征提取和分类判决。相应模型如图"所示。 整个识别过程可以分为两个阶段：训练（或设计）阶段和识别阶段。前者用一定数量的训练样本进行分类器的设计或训练，后者用所设计或训练的分类器对待识别的样本进行分类决策。 训练数据获取是对各已知目标进行测量，取得目标的训练数据。测试数据获取是获得未知种类目标的测量数据；测量数据的获得可采用目标的靶场动态测量、外场静态测量、微波暗室缩比模型等。特征提取模块从目标回波数据中提取出对分类识别有用的目标特征信息。特征空间压缩与变换模块对特征信息进行特征空间维数压缩与变换，得到具有高同类聚合性的训练样本进行分类器的设计。类间可分离性的特征。分类器设计模块根据已知类别目标分类模块完成对未知目标的分类判决。 3雷达目标识别技术回顾 雷达目标识别的研究始于"#世纪$#年代。早期雷达目标特征信号的研究工作主要是研究雷达
智能花盆设计 3.硬件电路设计 3.1 系统单片机 所谓的单片机就是把中央处理器CPU、存储器ROM/RAM、输入输出接口电路以及定时器/计数器等部件制作在一块集成电路芯片中，构成一个完整的微型计算机―单片微型计算机。由于单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，因此它的结构紧凑、超小型化、可靠性高、价格低廉、易于开发应用。 3.1.1 AT89S51单片机 本论文所设计的系统的核心采用的是AT89S51单片机。AT89S51单片机是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电 模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中 断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三 种封装形式，以适应不同产品的需求。 它的引脚图如图6。管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收 8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第 八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校 验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓 冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为 高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是图6 AT89S51引脚图 由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
土壤水分测定法 依据标准：NY/T52-1987 1适用范围 本标准用于测定除石膏性土壤和有机土（含有机质20%以上的土壤）以外的各类土壤的水分含量。 2测定原理 土壤样品在105±2℃烘至恒重时的失重，即为土壤样品所含水分的质量。 3仪器、设备 3.1土钻； 3.2土壤筛：孔径1mm； 3.3铝盒：小型的直径约40mm，高约20mm； 大型的直径约55mm，高约28mm； 3.4分析天平：感量为0.001g和0.01g； 3.5小型电热恒温烘箱； 3.6干燥器：内盛变色硅胶或无水氯化钙。 4试样的选取和制备 4.1风干土样：选取有代表性的风干土壤样品，压碎，通过1mm筛，混合均匀后备用。 4.2新鲜土样：在田间用土钻取有代表性的新鲜土样，刮去土钻中的上部浮土，将土钻中部所需深度处的土壤约20g捏碎后迅速装入已知准确质量的大型铝盒内，盖紧，装入木箱或其他容器，带回室内，将铝盒外表擦拭干净，立即称重，尽早测定水分。
5测定步骤 5.1风干土样水分的测定 取小型铝盒在105℃恒温箱中烘烤约2h ，移入干燥器内冷却至室温，称重，准确至0.001g 。用角勺将风干土样拌匀，舀取约5g ，均匀的平铺在铝盒中，盖好，称重，准确至0.001g 。将铝盒盖揭开，放在盒底下，置于已预热至105±2℃的烘箱中烘烤6h 。取出，盖好，移入干燥器内冷却至室温（约20min ），立即称重。风干土样水分的测定应做两份平行测定。 5.2新鲜土样水分的测定 将盛有新鲜土样的大型铝盒在分析天平上称重，准确至0.01g 。揭开盒盖，放在盒底下，置于已预热至105±2℃的烘箱中烘烤12h 。取出，盖好，移入干燥器内冷却至室温（约30min ），立即称重。新鲜土样水分的测定应做三份平行测定。 6测定结果的计算 6.1计算公式 水分（分析基），%=100m m m m 0 121?--……………………（1） 水分（干基），%=100m m m m 0 221?--……………………（2） 式中：m0——烘干空铝盒质量，g ； M1——烘干前铝盒及土样质量，g ； M2——烘干后铝盒及土样质量，g 。 6.2平行测定的结果用算术平均值表示，保留小数后1位。 6.3平行测定结果的相差，水分小于5%的风干土样不得超过0.2%，水分为5~25%的潮湿土样不得超过0.3%，水分大于15%的大粒（粒径约10mm ）粘重潮湿土样