[发明专利]一种基于CYGNSS数据的星载GNSS-R高精度土壤水分估算方法

权利要求书

1.一种基于CYGNSS数据的星载GNSS-R高精度土壤水分估算方法，其特征在于，包括：

通过CYGNSS获取多组卫星数据，并对所述卫星数据进行预处理，得到标准数据，所述多组卫星数据包括陆地区域对应的卫星数据和水域区域对应的卫星数据；

对所述标准数据利用双基雷达方程公式进行处理，得到第一地表反射率；

将水域区域对应的卫星高度角输入至菲涅尔反射方程公式，计算得到水域区域的反射率Γ_water；筛选出水域区域对应的第一地表反射率SR_water，并利用公式得到系统误差校正系数，基于公式SR₁=SR*R_cali对陆地区域对应的第一反射率进行校正，得到第二反射率；其中R_cali代表系统误差校正系数，SR代表陆地区域对应的第一反射率，SR₁代表经过系统校正误差的陆地区域的第二地表反射率；

根据植被光学深度和地表粗糙度对所述第二地表反射率进行校正，得到第三地表反射率，其中校正公式为：

其中，SR_cali代表第三地表反射率，SR₁代表第二地表反射率，θ为入射角，𝜏为植被光学厚度，h为地表粗糙度，𝜏可由SMAP数据获取，h由ICEsat获得；

获取目标区域土壤的第三地表反射率，将所述第三地表反射率输入至土壤水分估计模型中，得到所述目标区域的土壤水分估计值；所述土壤水分估计模型为

SM=β*SR_cali+α

其中，SM代表土壤水分，SR_cali表示第三地表反射率，β是特定网格的线性回归斜率，α是整个时间段内的平均SMAP SM，每个网格中的α和β都不同。

2.如权利要求1所述的一种基于CYGNSS数据的星载GNSS-R高精度土壤水分估算方法，其特征在于，所述双基雷达方程公式为

其中，SR代表第一地表反射率，P_r代表DDM峰值功率，R_ts代表卫星到接收机距离，R_sr代表卫星到镜面反射点距离，P_t代表发射功率，G_t代表发射天线增益，G_r为接收天线增益，λ表示GPS L1频段信号的波长。

3.如权利要求1所述的一种基于CYGNSS数据的星载GNSS-R高精度土壤水分估算方法，其特征在于，所述菲涅尔反射方程为

其中，Ɛ代表纯净水域的介电常数，其值为80，E为卫星高度角。

4.如权利要求1所述的一种基于CYGNSS数据的星载GNSS-R高精度土壤水分估算方法，其特征在于，所述预处理包括：基于预先设置的卫星高度角的最小阈值和最大阈值，对所述卫星数据进行筛选，将不超过所述最小阈值和最大阈值的数据保留；以及结合CYGNSS自身的质量控制标签对所述卫星数据筛除，其中所述质量控制标签包括S波段发射机通电标签、航天器姿态误差、黑体DDM和等效同位素辐射功率。

5.如权利要求1所述的一种基于CYGNSS数据的星载GNSS-R高精度土壤水分估算方法，其特征在于，还包括通过历史实测数据拟合得到土壤水分估计模型，具体操作为：依据SMAP的格点分辨率，对所述历史实测数据对应的第三地表反射率重采样置于SMAP相同分辨率的格点中，并将落在同一SMAP格点里的第三地表反射率取平均值作为该格点对应的地表反射率；然后，结合以往的SMAP数据，对每一个格点进行经验模型拟合，得到土壤水分估计模型。

6.如权利要求2所述的一种基于CYGNSS数据的星载GNSS-R高精度土壤水分估算方法，其特征在于，所述卫星高度角的最小阈值是10°，最大阈值是65°。