GNSS-R信号反演土壤水分研究分析

《GNSS-R信号反演土壤水分研究分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、遥感信息综述GNSS—R信号反演土壤水分研究分析毛克彪①～，王建明②，张孟阳②，周清波①，马柱国③(①中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业部资源遥感与数字农业重点开放实验室，北京100081；②北京卫星信息工程研究所，北京100086；③中国科学院东亚区域气候一环境重点实验室，北京100029)摘要：由于GNSS-R信号具有全天候、穿透性以及不受云的影响，且对土壤水分非常敏感等特性，使其在遥感研究全球变化中具有独特的优势。简要评述了利用GPS地面反射信号在土壤水分反演研究领域的进展，然后侧重分析介绍了GPS反射信号土壤水分反演原理，前向模型分析反演土壤水

2、分的关键技术，并指出目前存在的问题和发展方向。关键词：土壤水分；GNSR；AIEM模型；MIMICS模型中图分类号：TP751文献标识码：A文章编号：1000～3177(2009)103—0092—06能成为一种新的遥感手段。他们接下来在海面上利l引言用GPS的反射信号做了许多实验，试图获取海洋表土壤水分是土壤一植被一大气系统能量与物质面信息(粗糙度、风速和海面高度)，并且已经取得了交换及土地资源和环境管理的重要参数之一。土壤一系列的研究成果[4叫。后来人们把基于GPS反水分信息在提高气象预报和干旱监测，以及作物估射信号的遥感技术简称为GNSS—R(Globa

3、lNaviga-产等方面非常重要。因为土壤含水量决定了地表蒸tionSatelliteSystem—Reflection)技术。刘经南等对这些研究做了一些系统的介绍和分析r】。GPS的发量，影响农业耕作对水资源的需求，在全球水循环L波段信号非常适合反演土壤水分。在许多研究中起着重要作用。土壤水分也是地表能量平衡的重中，从地面散射的GPS信号已经被观测到，但对利要决定因素。因此，获取区域土壤水分空间差异，进用地面GPS散射信号研究土壤水分的工作不是很而分析其对区域资源环境变化的影响，是区域资源多[1。2002年美国科学家做了一个大型的土壤水环境动态监测的重要内容

4、之一。分实验，Masters对机载接收的GPS反射信号进行在遥感技术发展的过程中，微波遥感已经成为了大量分析，研究结果表明GPS反射信号对土壤水土壤水分反演技术中最为有效的方法之一。GPS分比较敏感，能够用来监测土壤水分变化[1]。系统是20世纪90年代发展起来的卫星导航系统。由于GPS地面接收机在处理直接信号和地面GPS卫星广播频率中采用的L1(1．58GHz)作为民反射信号方面还存在一些问题，现在主要是利用地用导航信号，L2(1．23GHz)作为军用信号。欧空局面接收的反射信号与土壤水分之间的关系做了一些(EuropeanSpaceAgency(ESA))

5、提出GPSL波段简单分析_2。研究利用GPS反射信号反演土壤水信号可以作为海洋散射计，Hall和Cordey1988年分才刚刚起步，需要人们针对不同的条件开发各种在国际地理与遥感学会上第一次强调了这一点_】]。模型和算法，以推动GPS土壤水分反演走向实用Martin-Neira于1993年提出利用GPS反射信号建化。为了促进国内这方面的研究，本文介绍GPS反立测量海面高度的系统口]。法国科学家Auber等演土壤水分的基本原理和前向模型，并对反演方法在1994年的ION—GPS年会上指出GPS能接收海进行一些分析。面的反射信号，而且这种信号干扰了定位精度，因此2

6、GNSS—R反演土壤水分原理需要将海面反射信号当作噪声去除[3]。许多研究人员对这个报道产生了兴趣，认为GPS的反射信号可由于GPS信号接收机至少可以接收到4颗卫收稿日期：2008—09—04修订日期：2008—10—19基金项目：国家863计划(编号：SQ2OO7AAl2z339565)和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项的资助。作者简介：毛克彪(1977~)，男，博士，主要从事微波，热红外遥感，空间数据挖掘及GIS应用等方面的研究。E-mail：kebiaomao2004@hotmail．corn。92综述遥感信息星的信号，地面不同方向散射的信号强度是

7、不一样演土壤水分的研究还不多，还没有算法公开发表。的。为了研究方便，GPS接收机可能需要设计成只其主要原因是目前GPS反射信号反演土壤水分机接收某个方向的信号。GPS卫星信号传播和地面理还不成熟。另外只有一个民用频率可用，而且是GPS信号接收机的简图如图1所示。理想状态下单一极化。主动雷达受粗糙度的影响比被动微波要(地面光滑)，当卫星在图1的左上角位置时，GPS大，怎样消除地表粗糙度和植被的影响是算法研究信号接收机接收到的是前向散射信号；当卫星在右中的难点问题。上角时，GPS信号接收机接收到的是后向散射信对于土壤水分反演模型而言，主要分成两大块。号。在这里，我

8、们介绍第一种情况。一是针对裸露地表的土