[發明專利]GNSS衛星反射信號用于土壤介電常數的精確反演方法

有效

• 申請號: 201310227524.X
• 申請日: 2013-06-08
• 公開（公告）號: CN103336104A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 孫國良;白永星;劉嘉俊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

技術領域

本發明屬于微波遙感技術領域，主要涉及應用于土壤濕度，冰雪覆蓋等參數的反演，海洋氣象參數（如海風、海浪、海水鹽度等）的反演和移動目標探測等，具體來說是一種GNSS衛星反射信號用于土壤介電常數的精確反演方法。

背景技術

隨著GNSS衛星的增多，其應用范圍也越來越廣，自二十世紀末以來，國外一些研究單位先后開展了利用GNSS進行海洋、土壤、大氣、冰層等領域的遙感研究工作。但是，目前在利用GNSS信號的反射信號反演土壤的介電常數時，為了計算方面，在實際反演過程中都只考慮反射信號的左旋圓極化分量中的垂直極化分量得到的反射率與土壤介電常數的關系，這只適用于小入射角情況，入射角是指入射信號與地表切平面法向的夾角，但是在緯度比較高的地區，如極地地區，入射角是比較大的，此時主要以水平極化分量為主。因此，只考慮垂直極化分量反演是不精確的。

另外，由于實際接收的反射信號的左旋圓極化分量既包括垂直極化分量也包括水平極化分量，現有技術推導反射率與土壤介電常數的關系只考慮了反射信號的左旋圓極化分量的垂直極化分量，在緯度較高的地區，誤差會很大，反演精度不高。并且，在利用GNSS衛星反射信號反演土壤介電常數時，實際只接收了反射信號的左旋圓極化分量，但在理論推導反射率與土壤介電常數的關系時也包括了反射信號的右旋圓極化分量，而且只討論了垂直入射時的反射率與土壤介電常數的關系。由實際接收信號得出的反射率與理論上由土壤介電常數推導出的反射率沒有在相同的條件下，且只考慮了垂直入射的情況，只能得出近似結果，且適用范圍有限。

由于現有技術對土壤介電常數反演不準確，得到的土壤介電常數也是不準確的，而土壤介電常數常應用于土壤濕度的反演，土壤濕度是水文、氣候、農業、軍事等研究領域中的一個重要物理量，它對農作物的合理灌溉，減少水資源浪費，降低生產成本和提高農作物產量是非常重要的。其次，土壤濕度的信息對國防、軍事也有重大意義。例如，在作戰和軍事指揮中，利用土壤濕度信息選擇合適的行軍方向是非常重要的。再次，土壤濕度的信息對小尺度天氣過程也非常重要，土壤濕度的梯度能夠激發局地環流的形成和發展，土壤濕度的空間變化改變了表面大氣的斜壓結構而激發了對流風暴的形成。因此，實時測量土壤濕度對于災害的預報、處理以及天氣預報很有必要。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中在利用GNSS衛星反射信號反演土壤介電常數時，實際反演方法不準確的問題，提出一種GNSS衛星反射信號用于土壤介電常數的精確反演方法。

本發明提供的GNSS衛星反射信號用于土壤介電常數的精確反演方法，包括如下步驟：

（1）利用GNSS雙基雷達接收GNSS衛星的直達信號和反射信號，獲得直達信號功率P_d和反射信號功率P_r，然后根據土壤反射率R的定義得到：

（2）得到地表反射系數與相對土壤介電常數ε具有如下關系：