[发明专利]GNSS卫星反射信号用于土壤介电常数的精确反演方法

说明书

技术领域

本发明属于微波遥感技术领域，主要涉及应用于土壤湿度，冰雪覆盖等参数的反演，海洋气象参数（如海风、海浪、海水盐度等）的反演和移动目标探测等，具体来说是一种GNSS卫星反射信号用于土壤介电常数的精确反演方法。

背景技术

随着GNSS卫星的增多，其应用范围也越来越广，自二十世纪末以来，国外一些研究单位先后开展了利用GNSS进行海洋、土壤、大气、冰层等领域的遥感研究工作。但是，目前在利用GNSS信号的反射信号反演土壤的介电常数时，为了计算方面，在实际反演过程中都只考虑反射信号的左旋圆极化分量中的垂直极化分量得到的反射率与土壤介电常数的关系，这只适用于小入射角情况，入射角是指入射信号与地表切平面法向的夹角，但是在纬度比较高的地区，如极地地区，入射角是比较大的，此时主要以水平极化分量为主。因此，只考虑垂直极化分量反演是不精确的。

另外，由于实际接收的反射信号的左旋圆极化分量既包括垂直极化分量也包括水平极化分量，现有技术推导反射率与土壤介电常数的关系只考虑了反射信号的左旋圆极化分量的垂直极化分量，在纬度较高的地区，误差会很大，反演精度不高。并且，在利用GNSS卫星反射信号反演土壤介电常数时，实际只接收了反射信号的左旋圆极化分量，但在理论推导反射率与土壤介电常数的关系时也包括了反射信号的右旋圆极化分量，而且只讨论了垂直入射时的反射率与土壤介电常数的关系。由实际接收信号得出的反射率与理论上由土壤介电常数推导出的反射率没有在相同的条件下，且只考虑了垂直入射的情况，只能得出近似结果，且适用范围有限。

由于现有技术对土壤介电常数反演不准确，得到的土壤介电常数也是不准确的，而土壤介电常数常应用于土壤湿度的反演，土壤湿度是水文、气候、农业、军事等研究领域中的一个重要物理量，它对农作物的合理灌溉，减少水资源浪费，降低生产成本和提高农作物产量是非常重要的。其次，土壤湿度的信息对国防、军事也有重大意义。例如，在作战和军事指挥中，利用土壤湿度信息选择合适的行军方向是非常重要的。再次，土壤湿度的信息对小尺度天气过程也非常重要，土壤湿度的梯度能够激发局地环流的形成和发展，土壤湿度的空间变化改变了表面大气的斜压结构而激发了对流风暴的形成。因此，实时测量土壤湿度对于灾害的预报、处理以及天气预报很有必要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中在利用GNSS卫星反射信号反演土壤介电常数时，实际反演方法不准确的问题，提出一种GNSS卫星反射信号用于土壤介电常数的精确反演方法。

本发明提供的GNSS卫星反射信号用于土壤介电常数的精确反演方法，包括如下步骤：

（1）利用GNSS双基雷达接收GNSS卫星的直达信号和反射信号，获得直达信号功率P_d和反射信号功率P_r，然后根据土壤反射率R的定义得到：

（2）得到地表反射系数与相对土壤介电常数ε具有如下关系：