基于GNSS-R的Nearly-Linear土壤湿度反演模型

【摘要】GNSS-R(GlobalNavigationSatelliteSystem-Reflections)技术是自上世纪90年代以来逐渐发展起来的一个新型分支,是国内外遥感探测和导航技术领域研究热点之一。GNSS反射信号土壤湿度反演是利用卫星信号进行地球表面植被遥感方向的具体应用,是一种被动式双基或多基遥感技术。GNSS导航信号经过反射面后,被反射的信号承载反射面的特性信息,通过对GNSS反射信号中波形、极化特性、振幅、相位和频率等参数的分析来反演反射面的物理特性,因此对GNSS反射信号的准确估计和接收数据的处理是实现利用GNSS-R进行土壤湿度反演的关键。本论文在进行土壤湿度反演实验时利用的是基于FPGA+DSP架构、调试并成功实现既定功能的GNSS-R硬件接收机,在具体分析土壤湿度所需要考虑的温度、土壤表面的粗糙度和不同土壤水分状态对介电常数等因素对GNSS反射信号影响的前提下,设计了土壤湿度的反演实验并在国家蔬菜研究所提供的场地完成实验,利用GNSS-R硬件接收机作为主要的实验设备,通过对卫星直射信号和携带反射面特性的反射信号的接收和处理,利用ICF模型对反演结果进行分析,取得明显的效果,验证了利用GNSS反射信号进行土壤湿度反演的可行性,为Nearly-Linear理论模型的提出奠定基础。Nearly-Linear理论模型,即近线性测量模型是在五个不同的土壤湿度区域得到每颗卫星的反演数据,建立数据库,通过对数据库中存储的每颗卫星在不同土壤湿度下的反射功率数据进行归一化均值处理后得到每颗卫星在不同土壤湿度下的拟合曲线后,直接在后续的土壤反演中,直接利用测得的反射信号功率进行土壤反演的一种理论模型,该模型消除了传统的利用GNSS-R进行土壤反演时通过菲涅尔反射系数和介电常数等中间变量进而推得土壤的体积含水量的复杂步骤,在技术层面具有很强的创新性和可实现性。
【作者】高超群；
【导师】杨卫；杨东凯；
【作者基本信息】中北大学，精密仪器及机械，2014，硕士
【关键词】GNSS-R；土壤湿度；反演；Nearly-Linear理论模型；

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