利用GNSS-R观测数据反演土壤湿度

论文摘要

土壤湿度一直以来都是人们关注研究的地表物理量,它是全球地表水循环的一个指标,是农业、气象、水文研究领域中的重点,是描述地表情况的一个重要参数,准确观测大面积范围的土壤湿度对农业、水文以及气象等领域意义重大。在现有的土壤湿度探测方法中,微波遥感可以实现大面积、非接触、实时连续的土壤湿度探测,而其中的全球导航卫星系统反射信号（Global Navigation Satellite System Reflection,GNSS-R）技术,作为微波遥感技术的一个重要分支,被广泛应用于各个领域的遥感监测。由于陆地表面反射条件复杂以及各种影响因素对信号具有衰减作用,导致GNSS-R土壤湿度探测技术仍处于研究探索阶段,且主要集中于地基以及机载观测模式研究,难以进行大范围的地表土壤湿度探测,因而实现星载GNSS-R土壤湿度探测也是当下待以解决的难题。本论文针对上述现状展开研究,对GNSS-R遥感应用的发展能够起到一定的推进作用。本论文从GNSS反射信号特性基础理论研究出发,对机载/星载GNSS-R两种不同观测平台下的土壤湿度反演模型开展了相关研究。针对传统的双天线GNSS-R反演模型进行研究,考虑机载平台反演过程中存在的影响因素并给出修正方法,最终得到适用于机载GNSS-R土壤湿度的反演模型。同时研究分析了利用星载GNSS-R观测数据反演土壤湿度的可行性,提出了时延多普勒图（Delay Doppler Map,DDM）信噪比（signal-to-noise ratio,SNR）与土壤湿度的相关性模型。最后利用2002年机载土壤湿度探测实验（Soil Moisture Experiment 2002,SMEX02）数据及星载TDS-1（United Kingdom Techdemosat-1Satellite,UK TDS-1）数据对上述模型进行了验证。实验结果表明,在机载观测模式下:无降雨状态下土壤湿度反演结果与实测土壤湿度变化趋势较为吻合,反演误差控制在0.05 m3/m3内,两者相关系数R=0.76,均方根误差（Root Mean Squared Error,RMSE）为0.0185 m3/m3,两者呈现出强相关性;在降雨状态下修正前、后反射率反演出的土壤湿度结果与实测值之间均具有较大的偏差,但修正后的土壤湿度反演结果与实测值的相关系数有了较大的提高:未修正前R=0.2,RMSE=0.023 m3/m3;修正后R=0.6,RMSE=0.019 m3/m3,这表明修正方法具有一定的有效性,然而降雨状态下仍存在较大反演误差,因而后续反演过程中应舍弃降雨状态下的数据。在星载观测模式下:针对反演过程中星载DDM数据存在有效信息难以辨别提取的问题,提出了一种DDM波形分类方法,并验证了该方法的有效性,给出了分类后适合于星载土壤湿度反演的DDM数据类型,即规整波形数据;后续处理得到两块研究区域的修正后DDM SNR均值与土壤水分和海洋盐度卫星（Soil Moisture and Ocean Salinity,SMOS）土壤湿度数据间的相关系数分别为R=0.69和R=0.75。两块研究区域均具有较高的相关系数,表明利用星载GNSS-R DDM数据进行土壤湿度反演具有一定可行性。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 涂晋升

导师: 张瑞

关键词: 土壤湿度反演模型,卫星,波形分类方法

来源: 西南交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,农艺学

单位: 西南交通大学

分类号: P228.4;S152.71

DOI: 10.27414/d.cnki.gxnju.2019.002292

总页数: 78

文件大小: 4724K

下载量: 133

相关论文文献

• [1].三频GNSS精密定位理论与方法研究[J]. 卫星电视与宽带多媒体 2019(21)
• [2].GNSS影像及其时空特征初探[J]. 地球物理学报 2020(01)
• [3].抽水蓄能电站GNSS施工控制网设计与建立[J]. 中国水能及电气化 2019(12)
• [4].Survey of Performance Evaluation Standardization and Research Methods on GNSS-Based Localization for Railways[J]. Chinese Journal of Electronics 2020(01)
• [5].GNSS Fault Detection and Exclusion Based on Virtual Pseudorange-Based Consistency Check Method[J]. Chinese Journal of Electronics 2020(01)
• [6].Hazard Rate Estimation for GNSS-Based Train Localization Using Model-Based Approach[J]. Chinese Journal of Electronics 2020(01)
• [7].高斯干扰下GNSS信号码跟踪精度分析[J]. 计算机科学 2020(01)
• [8].GNSS浮标导出多普勒速度测波应用研究[J]. 山东科技大学学报(自然科学版) 2020(02)
• [9].GNSS天线连接器同轴度误差测量技术[J]. 光子学报 2020(02)
• [10].一种低复杂度的惯性/GNSS矢量深组合方法[J]. 中国惯性技术学报 2019(06)
• [11].GNSS中的脉冲干扰自适应空域抑制算法[J]. 太赫兹科学与电子信息学报 2020(01)
• [12].An overview on GNSS carrier-phase time transfer research[J]. Science China(Technological Sciences) 2020(04)
• [13].GNSS室内实验平台的构建研究[J]. 创新创业理论研究与实践 2020(01)
• [14].近海GNSS监测站综合应用技术初步分析[J]. 测绘标准化 2020(01)
• [15].基于无人机和差分GNSS的光学助降系统标校方法研究[J]. 电光与控制 2020(04)
• [16].基于GNSS软件定义接收机的被动式雷达成像算法分辨率提升的实现与系统开销研究[J]. 长沙大学学报 2020(02)
• [17].GNSS测量网在工程建设中的应用——以金寨县养生谷项目为例[J]. 西部探矿工程 2020(06)
• [18].GNSS技术在矿山测量中的应用[J]. 华北自然资源 2020(03)
• [19].GNSS虚拟仿真教学系统设计与实现[J]. 北京测绘 2020(05)
• [20].基于GNSS的多波束测深系统在海底地形测量中的应用[J]. 城市勘测 2020(01)
• [21].An INS/GNSS integrated navigation in GNSS denied environment using recurrent neural network[J]. Defence Technology 2020(02)
• [22].GNSS技术在矿山工程测量中的应用研究[J]. 世界有色金属 2020(05)
• [23].关于《GNSS测量与数据处理》实习的几点思考[J]. 科技视界 2020(18)
• [24].GNSS空间大地测量技术在中国大陆活动地块划分中的应用和研究进展[J]. 地震地质 2020(02)
• [25].GNSS autonomous navigation method for HEO spacecraft[J]. High Technology Letters 2020(02)
• [26].无人机GNSS诱骗与反诱骗技术论述[J]. 全球定位系统 2020(03)
• [27].基于积极教学法下的GNSS原理与应用课程改革研究[J]. 时代农机 2020(04)
• [28].面向“GNSS原理与应用”课程的综合实验平台构建[J]. 测绘工程 2020(04)
• [29].大规模全球GNSS网云计算方法与应用[J]. 测绘学报 2020(06)
• [30].基于GNSS硬件在环的多源融合定位高逼真仿真方法[J]. 中国惯性技术学报 2020(02)

标签：土壤湿度反演模型论文;  卫星论文;  波形分类方法论文;