【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(cè)區(qū)域水文波動(dòng)提供了重要的觀察窗口,土壤濕度變化是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)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(cè)對(duì)一個(gè)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(cè)手段。常見的土壤濕度監(jiān)測(cè)方法如現(xiàn)場(chǎng)采樣雖精度高但耗時(shí)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(cè)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)存在時(shí)間分辨率低缺少地面數(shù)據(jù)驗(yàn)證的限制。本文從降低人力和數(shù)據(jù)成本、提供長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定土壤濕度監(jiān)測(cè)為目標(biāo),研究利用地面GPS接收機(jī)信噪比觀測(cè)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(cè)站為原點(diǎn)半徑為25米范圍內(nèi)土壤濕度估計(jì),實(shí)驗(yàn)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(cè)需求。文中根據(jù)不同觀測(cè)環(huán)境下,對(duì)信噪比數(shù)據(jù)振幅、相位、振動(dòng)頻率的分析得:(1)只考慮土壤濕度情況下,土壤濕度變化會(huì)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(zhǎng)同樣會(huì)造成信噪比相位平移,信號(hào)反射面更接近接收機(jī),由于植被對(duì)能量吸收作用,造成振幅減小。(3)反射點(diǎn)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(huì)改變信噪比的振動(dòng)頻率,利用此特性可進(jìn)行雪深反演。通過環(huán)境參數(shù)時(shí)間序列變化分析得:(1)由于反射物吸收信號(hào)能量,存在振幅異常偏低的情況。植被、溫度、濕度對(duì)振幅起共同影響,其中植被對(duì)振幅影響最大。(2)有效反射高度受地形、信號(hào)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(shí),信號(hào)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(shí)期呈跳躍式上升,與已知值變化趨勢(shì)有較大差距。2)模型未考慮植被對(duì)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(hào)選擇長(zhǎng)度、高度角范圍選取及信號(hào)頻率對(duì)反演質(zhì)量的影響。對(duì)地形影響分析實(shí)驗(yàn)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(shí)間段,反射點(diǎn)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(diǎn)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(zhǎng)或者過短都會(huì)降低反演質(zhì)量,實(shí)驗(yàn)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：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(gè)定位系統(tǒng)都能為廣大的用戶提供高精位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，24 小時(shí)不間斷運(yùn)行的衛(wèi)星提供了無限量94 年，Auber 在匯報(bào)機(jī)載海面飛行試驗(yàn)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(hào)很有可能成為，美國 NASA 進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)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(shí)施的多可以用于反演海面信息[17]，隨后，這種利用反射信號(hào)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(cè)定位中被取環(huán)境參數(shù)。GNSS 星座作為微波信號(hào)發(fā)射源，而搭載在衛(wèi)機(jī)通過接收和識(shí)別多源的衛(wèi)星信號(hào)，通過解析反射信號(hào)的振獲取環(huán)境狀態(tài)信息。GNSS-R 系統(tǒng)微波信號(hào)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(hào)間的時(shí)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(chǎng)[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(hào)間的時(shí)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(chǎng)[22]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2777575