[发明专利]机会信号反射遥感的全极化单次反射仿真方法及系统

说明书

本发明提供了一种机会信号反射遥感的全极化单次反射仿真方法，包括：将土壤剖面划分为多个分层，并根据输入参数建立介电常数模型，得到各个分层的介电常数；利用介电常数来获取分层的透过率、反射率和衰减；分别构建光滑和粗糙表面反射率矩阵，利用极化合成的方法计算各极化的反射特性；根据透过率、反射率、衰减及反射特性来获得总接收机波形。本发明还提供了相应的仿真装置。本发明的全极化单次反射仿真方法通过计算土壤各分层的介电常数，并采用极化合成方法，以应用在机会信号反射遥感中，对根区土壤水分建立相应的仿真，计算各种极化的波形信息，大大提高对目标各种信息的获取能力，且通过计算镜像散射和非镜像的漫散射，使计算结果更准确。

技术领域

本发明属于陆地和海洋参数测量领域，具体涉及一种机会信号反射遥感的全极化单次反射仿真方法及系统。

背景技术

根区土壤水分处于土壤-植物-大气连续体的核心位置，对干旱半干旱地区作物生长、植被恢复和水土流失过程均具有重要影响。根区土壤水分的获取对于农业以及粮食生产尤为重要，同时土壤水分剖面信息的获取能与当前的陆面/水文模式相契合，更好地支撑数据同化研究、天气与气候预报、水资源管理等应用需求。

微波遥感技术是获取土壤水分的有效监测手段。目前合成孔径雷达和微波辐射计是两种较为常见和成熟的微波遥感方式。土壤水分和海洋盐度观测卫星(SMOS)和土壤水分探测卫星(SMAP)都是工作在L波段的微波遥感卫星。但在L波段，只能穿透浅层地表，因此适用于土壤表层(约5cm)的土壤水分获取，而且由于穿透强度的限制，L波段只能穿透中等厚度的植被冠层。

对于根区土壤水分的获取，则需要使传感器工作在更低的频率范围，如频率范围是240-380MHz的P波段。其中，P波段可以穿透深度约40cm,同时可以很好的规避茂密植被的影响。2012年美国在开展了机载P波段实验，即AirMOSS(Airborne Microwave Observatoryof Sub-canopy and Subsurface)试验。但是P波段的星载观测则面临着天线尺寸过大、RFI(radio-frequency interference)影响和频段分配竞争等挑战。

机会信号反射遥感为P波段根区土壤水分获取提供了新的机遇。机会信号反射遥感是一种现在存在的遥感技术手段，它利用现有的通讯卫星或者导航卫星作为信号源，采用专门的反射信号接收机来接收机会卫星信号经地表反射的信号，对地物参数进行遥感监测。由于使用数字通信卫星作为信号源，不需要研制专门的发射机，遥感过程中，只需要研制反射信号接收机接收地表的反射信号，因此，这种遥感手段相比于不采用机会信号反射遥感的P波段的雷达，可以克服天线尺寸过大、RFI和频段分配竞争等问题，存在着成本低、功耗小、价格便宜、时空分辨率高等诸多优点。

机会信号反射遥感作为一种新型的根区土壤水分遥感手段，其前期的机理仿真分析模型为分析解释卫星观测数据、卫星数据的仿真模拟、卫星数据同化、发展地表参数的定量反演等提供关键的机理工具。然而，目前，现有的仿真分析系统多是针对辐射计或者单站雷达或者GNSS-R遥感的，对于机会反射信号遥感，针对根区土壤水分，尚未发现有相应的仿真分析系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机会信号反射遥感的全极化单次反射仿真方法及系统，从而通过机会反射信号遥感技术在根区土壤水分发生变化时预测出相应的接收机波形的变化。

为了实现上述目的，本发明提供了一种机会信号反射遥感的全极化单次反射仿真方法，其工作于P波段，包括：

S1：将一待测土壤剖面划分为多个分层，并根据待测土壤剖面的输入参数建立待测土壤剖面的介电常数模型，得到待测土壤剖面的各个分层的介电常数；

S2：利用所述步骤S1中的待测土壤剖面的各个分层的介电常数来获取每个分层的透过率、反射率和每两个相邻分层之间的衰减；

S3：根据各个分层的粗糙程度，分别构建光滑表面反射率矩阵和粗糙表面反射率矩阵；