题目：利用GNSS-R信号反演土壤湿度的关键技术研究

 

微波遥感由于其时效性高、动态对比性强的优点，在土壤湿度监测方面得到关注。而基于全球卫星定位系统的GNSS-R（Global Navigation Satellite System-Reflection）的微波遥感技术以其全天候、全天时、多信号源、宽覆盖、高时空分辨率等应用优势，在陆地土壤湿度探测上是其他传统测量手段的补充，展现出广阔的应用前景。现在GNSS-R技术已经被广泛应用，但是现有方法仍然存在不足。一方面是信号的接收通道的功率一致性问题，即直达信号的通道和反射信号的通道是独立的。由于两个通道的天线方向性、通道增益和噪声特性等不同，造成两个通道的信号会出现功率差异。另一方面是利用反射率反演土壤介电常数的近似计算存在较大误差问题，即现有技术利用反射率反演土壤介电常数的过程中，都是一种近似计算。

为了提高反演精度，克服上述问题，本文主要研究内容如下：

1、利用右旋圆极化单天线分别接收GPS卫星的直达信号和反射信号，首先天线朝向天顶接收直达信号，然后用同一天线竖直向下接收反射信号。因此，直达信号和反射信号接收通道相同，消除双通道接收信号的功率一致性问题。

2、通过数学方法与matlab工具结合，提出对于不同极化分量的反射信号的反射率与土壤介电常数之间的精确反演算法，提高反演精度。

3、通过以上两点的改进，利用反射率和POGO便携式土壤传感器测量的土壤介电常数之间的精确反演关系计算出的地面反射率，与利用GPS信号的反射功率与直达信号功率比计算的地面反射率相比较，当介电常数分别为7.18和12.15时，平均误差分别为1.21%和1.57%，对应的土壤湿度反演误差分别为6.92%和8.57%。但是由于GPS信号经过地面反射后，大部分转化为左旋圆极化信号，存在少部分的右旋圆极化信号。通过理论分析和实验证明，在反演土壤湿度时，本论文的方法在卫星仰角比较小（仰角小于400）的情况可取得较好效果。