[發明專利]被動微波多通道協同的土壤水分反演方法及裝置

有效

• 申請號: 202010364720.1
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111610201B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 趙天杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G01N22/04
• 分類號: G01N22/04
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 卞靜靜

本發明公開了被動微波多通道協同的土壤水分反演方法，包括：根據微波輻射傳輸方程建立任意兩個通道的亮溫之間的數學關系式；采集主通道和協同通道的實際亮溫；選定待反演參數，所述待反演參數中至少包括土壤水分值；給出一系列待反演參數的估計值，根據主通道的實際亮溫、所述微波輻射傳輸方程以及所述數學關系式，計算協同通道的一系列預測亮溫，比較協同通道的預測亮溫與實際亮溫，根據比較結果，在一系列待反演參數的估計值中確定土壤水分值。本發明還提供了被動微波多通道協同的土壤水分反演裝置。本發明在反演過程中，不依賴于輔助數據，不需要忽略植被的散射特性，也不需要忽略極化特性差異，減小了反演中的多解情況和不確定性。

技術領域

本發明涉及定量遙感技術領域。更具體地說，本發明涉及一種被動微波多通道協同的土壤水分反演方法及裝置。

背景技術

土壤水分的遙感觀測主要依賴于微波遙感技術，特別是星載被動微波輻射計可以在較短的時間內獲取全球范圍內的土壤水分。目前國際主流土壤水分反演算法一般針對特定的衛星載荷配置研發，主要可分為以下三類：(1)基于輻射傳輸方程的逆向求解。(2)基于輻射傳輸方程的迭代反演。(3)基于微波遙感指數的解析反演。以上反演方法的缺點和局限性在于：方法(1)和方法(2)需要輔助數據進行反演工作的輔佐。比如方法(1)直接反演必須使用外部輸入的植被含水量數據，才能進行土壤水分的計算；方法(2)在進行迭代反演的時候，簡單地利用模型模擬和衛星觀測的對比來尋找求解結果，由于這一過程中容易出現多解情況，一般使用輔助數據作為初始值或作為反演結果的上界和下界進行限定。方法(3)是對輻射傳輸方程進行解析求解，輻射方程中影響地物輻射特征的參數眾多，解析解的求得必定需要對模型進行簡化，一般假設植被影響不存在極化差異，或者假設不存在散射特征，而實際上這些假設和忽略是不符合現實情況的，造成反演結果與實際觀測存在出入。因此，亟需設計一種至少能夠一定程度克服上述缺陷的技術方案。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種被動微波多通道協同的土壤水分反演方法及裝置，在反演過程中，不依賴于輔助數據，不需要忽略植被的散射特性，也不需要忽略極化特性差異，減小了反演中的多解情況和不確定性。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了被動微波多通道協同的土壤水分反演方法，包括：

根據微波輻射傳輸方程建立任意兩個通道的亮溫之間的數學關系式；

采集主通道和協同通道的實際亮溫；

選定待反演參數，所述待反演參數中至少包括土壤水分值；

給出一系列待反演參數的估計值，根據主通道的實際亮溫、所述微波輻射傳輸方程以及所述數學關系式，計算協同通道的一系列預測亮溫，比較協同通道的預測亮溫與實際亮溫，根據比較結果，在一系列待反演參數的估計值中確定土壤水分值；或者，給出待反演參數初始值，根據主通道的實際亮溫、所述微波輻射傳輸方程以及所述數學關系式，迭代計算協同通道的一系列預測亮溫，并比較協同通道的預測亮溫與實際亮溫，根據比較結果，確定土壤水分值。

優選的是，所述的被動微波多通道協同的土壤水分反演方法，所述微波輻射傳輸方程通過零階近似模型表示。

優選的是，所述的被動微波多通道協同的土壤水分反演方法，所述數學表達式為：

其中，和為任意兩個通道的亮溫，和為任意兩個通道的粗糙土壤表面的微波發射率，和為任意兩個通道的植被透過項。

優選的是，所述的被動微波多通道協同的土壤水分反演方法，主通道和協同通道中任意兩個通道，至少頻率、角度及極化之一不同。