【摘要】：土壤水分在自然環(huán)境中占有不可忽略的重要地位,土壤濕度為監(jiān)測區(qū)域水文波動提供了重要的觀察窗口,土壤濕度變化是生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化響應(yīng)的影響因素之一。穩(wěn)定而正確的土壤濕度監(jiān)測對一個地區(qū)的水文、氣候、農(nóng)業(yè)和災(zāi)害防治等方面提供重要監(jiān)測手段。常見的土壤濕度監(jiān)測方法如現(xiàn)場采樣雖精度高但耗時費(fèi)力且不利于環(huán)境保護(hù),電磁探針數(shù)據(jù)因設(shè)備不同難以同化,這兩種方法且只能獲取小范圍的土壤濕度。可以大范圍濕度監(jiān)測遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)存在時間分辨率低缺少地面數(shù)據(jù)驗證的限制。本文從降低人力和數(shù)據(jù)成本、提供長時間穩(wěn)定土壤濕度監(jiān)測為目標(biāo),研究利用地面GPS接收機(jī)信噪比觀測值反演土壤濕度方法和影響因素。本文算法可以進(jìn)行以監(jiān)測站為原點半徑為25米范圍內(nèi)土壤濕度估計,實驗中反演值與已知值最大差距為0.12cm~3/cm~3,反演值最大標(biāo)準(zhǔn)差為0.131cm~3/cm~3,滿足此范圍內(nèi)的土壤濕度監(jiān)測需求。文中根據(jù)不同觀測環(huán)境下,對信噪比數(shù)據(jù)振幅、相位、振動頻率的分析得:(1)只考慮土壤濕度情況下,土壤濕度變化會引起信噪比相位平移,振幅隨濕度增大而增大。(2)只考慮植被情況下,植被生長同樣會造成信噪比相位平移,信號反射面更接近接收機(jī),由于植被對能量吸收作用,造成振幅減小。(3)反射點經(jīng)過坡面地形的衛(wèi)星數(shù)據(jù),經(jīng)頻譜分析,存在強(qiáng)烈的噪聲背景。(4)積雪會改變信噪比的振動頻率,利用此特性可進(jìn)行雪深反演。通過環(huán)境參數(shù)時間序列變化分析得:(1)由于反射物吸收信號能量,存在振幅異常偏低的情況。植被、溫度、濕度對振幅起共同影響,其中植被對振幅影響最大。(2)有效反射高度受地形、信號透射深度、地面粗糙程度影響,當(dāng)土壤濕度小于0.1cm~3/cm~3時,信號透射深度大約為6~8cm。(3)相位參數(shù)與土壤濕度呈強(qiáng)線性相關(guān)特性,可建立線性模型反演土壤濕度。限制模型精度的原因有:1)如DOY132處,相位參數(shù)在下雨時期呈跳躍式上升,與已知值變化趨勢有較大差距。2)模型未考慮植被對相位的影響。3)作為已知的土壤濕度數(shù)據(jù)本身存在一定的誤差范圍。文中分析了地形、原始信號選擇長度、高度角范圍選取及信號頻率對反演質(zhì)量的影響。對地形影響分析實驗中得,1%的坡度變化使各衛(wèi)星不同數(shù)據(jù)段反演質(zhì)量出現(xiàn)明顯差異。G18衛(wèi)星兩段數(shù)據(jù)與已知濕度的相關(guān)系數(shù)由0.830降為0.712,G12衛(wèi)星由0.826降為0.680;同一時間段,反射點經(jīng)過較大地形變化的衛(wèi)星數(shù)據(jù)得到相關(guān)系數(shù)更低且標(biāo)準(zhǔn)差大于反射點經(jīng)過平坦的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。在原始數(shù)據(jù)選擇方面,首選原始數(shù)據(jù)為S2信噪比,數(shù)據(jù)過長或者過短都會降低反演質(zhì)量,實驗中5°~25°高度角的信噪比數(shù)據(jù)得到相位參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差為0.059,相關(guān)系數(shù)為0.755的結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P237
【圖文】：

S-R 技術(shù)Global Navigation Satellite System）系統(tǒng)隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的星座的發(fā)展格局。各個定位系統(tǒng)都能為廣大的用戶提供高精位、導(dǎo)航、授時服務(wù)，24 小時不間斷運(yùn)行的衛(wèi)星提供了無限量94 年，Auber 在匯報機(jī)載海面飛行試驗過程中，表明接收到美國科學(xué)家察覺到這種定位應(yīng)用中的污染信號很有可能成為，美國 NASA 進(jìn)行了三次實驗以證明傳統(tǒng)接收機(jī)具有接收和后 1997 年，通過使用 GEC Plessey GPS 軟件接收機(jī)實施的多可以用于反演海面信息[17]，隨后，這種利用反射信號獲取環(huán)S-R( Global Navigation Satellite System Reflectometry)。R 技術(shù)是一種新型 L 波段微波遙感技術(shù)，通過觀測定位中被取環(huán)境參數(shù)。GNSS 星座作為微波信號發(fā)射源，而搭載在衛(wèi)機(jī)通過接收和識別多源的衛(wèi)星信號，通過解析反射信號的振獲取環(huán)境狀態(tài)信息。GNSS-R 系統(tǒng)微波信號收發(fā)示意圖如下[1

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 所示，根據(jù)直反射相關(guān)功率波形的變化反應(yīng)出地表狀態(tài)。直反射信號間的時延反程[20]；峰值功率大小與地表反射系數(shù)存在強(qiáng)相關(guān)，利用峰值大小可反演土壤濕波形后延特性與反射面粗糙程度有關(guān)，波形不用程度的后延可以反演地表粗糙程海面風(fēng)場[22]。

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 所示，根據(jù)直反射相關(guān)功率波形的變化反應(yīng)出地表狀態(tài)。直反射信號間的時延反程[20]；峰值功率大小與地表反射系數(shù)存在強(qiáng)相關(guān)，利用峰值大小可反演土壤濕波形后延特性與反射面粗糙程度有關(guān)，波形不用程度的后延可以反演地表粗糙程海面風(fēng)場[22]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 彭學(xué)峰;萬瑋;李飛;陳秀萬;;GNSS-R土壤水分遙感的適宜性分析[J];遙感學(xué)報;2017年03期

2 鄒高翔;童創(chuàng)明;王童;孫華龍;;空間與地面菲涅爾區(qū)的特性研究[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報;2017年01期

3 李偉;陳秀萬;彭學(xué)峰;肖漢;;GNSS-R土壤濕度估算體系架構(gòu)研究與初步實現(xiàn)[J];國土資源遙感;2017年01期

4 漢牟田;張波;楊東凱;洪學(xué)寶;楊磊;宋曙輝;;利用GNSS干涉信號振蕩幅度反演土壤濕度[J];測繪學(xué)報;2016年11期

5 張雙成;南陽;李振宇;張勤;戴凱陽;趙迎輝;;GNSS-MR技術(shù)用于潮位變化監(jiān)測分析[J];測繪學(xué)報;2016年09期

6 張雙成;戴凱陽;劉凱;侯曉偉;趙迎輝;;GPS-MR技術(shù)用于降雪厚度監(jiān)測研究[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2016年04期

7 萬瑋;李黃;洪陽;陳秀萬;彭學(xué)峰;;GNSS-R遙感觀測模式及陸面應(yīng)用[J];遙感學(xué)報;2015年06期

8 楊東凱;李偉強(qiáng);楊威;;北斗系統(tǒng)在海風(fēng)海浪探測中的應(yīng)用研究[J];導(dǎo)航定位學(xué)報;2014年02期

9 宋學(xué)忠;徐愛功;楊東凱;馬小東;;GNSS反射信號在土壤濕度測量中的應(yīng)用[J];測繪通報;2013年11期

10 李黃;夏青;尹聰;萬瑋;;我國GNSS-R遙感技術(shù)的研究現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢[J];雷達(dá)學(xué)報;2013年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 葉險峰;基于GNSS信噪比數(shù)據(jù)的測站環(huán)境誤差處理方法及其應(yīng)用研究[D];中國地質(zhì)大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 戴凱陽;GNSS-MR用于雪深監(jiān)測研究[D];長安大學(xué);2017年

本文編號：2777575