[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

说明书

本发明涉及一种基于CYGNSS数据的星载GNSS‑R高精度土壤水分估算方法，通过CYGNSS获取多组卫星数据，对数据进行预处理得到标准数据；对标准数据利用双基雷达方程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菲涅尔反射方程计算得到反射率Γ_water；筛选出水域区域第一地表反射率SR_water，利用公式得到系统误差校正系数，基于公式SR₁=SR*R_cali对陆地区域的第一反射率校正得到第二反射率；根据植被光学深度和地表粗糙度对第二地表反射率进行校正得到第三地表反射率；获取目标区域土壤的第三地表反射率，输入到土壤水分估计模型，得到目标区域的土壤水分估计值；本发明通过CYGNSS数据，提供一种校正系统误差、地表粗糙度和植被的方法，提升土壤水分估算精度。

技术领域

本发明涉及水文遥感技术领域。具体而言，涉及一种基于CYGNSS数据的星载GNSS-R高精度土壤水分估算方法。

背景技术

土壤水分是水文过程、地表蒸散、水分迁移和碳循环等过程中的重要组成部分。具有高精度和高时空分辨率的遥感土壤水分产品是此类应用的必要输入。全球土壤水分反演一直是光学遥感和微波遥感领域的研究课题。光学遥感数据具有高空间分辨率（如MODIS），但受云雾限制较大。另外，光学遥感只开发估计土壤水分的模型，没有官方的土壤水分产品。相反，微波传感器为土壤水分遥感提供全天能力。近年来，已经开发了许多卫星任务，例如微波扫描辐射计（Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth ObservingSystem，AMSR-E）、高级散射计（The Advanced Scatterometer，ASCAT）、欧空局的土壤水分和海洋盐度卫星（Soil Moisture and Ocean Salinity，SMOS）和土壤水分主被动探测计划（Soil Moisture Active and Passive，SMAP）卫星。但是，被动微波遥感空间分辨率低（=9km），主动微波遥感时间分辨率较高（=6天）等局限，无法提供逐日的高时空分辨率土壤水分产品。

随着全球卫星导航反射信号遥感技术（Global Navigation Satellite SystemReflectometry，GNSS-R）的迅速发展，星载GNSS-R为大尺度的表层土壤水分探测提供了一种新的技术手段。时间分辨率方面，相比于其他卫星遥感手段，星载GNSS-R在时间分辨率方面极大提升，可实现数小时级的全球范围土壤水分测量；空间分辨率方面，星载GNSS-R卫星探测分辨率介于光学遥感与被动微波遥感之间（几百米到几十公里）（Chew et al.,2018）；同时，星载GNSS-R使用了适合土壤水分探测的L波段（1~2GHz），可作为已有卫星遥感手段的一个重要补充。2016年美国宇航局NASA发射的“飓风全球导航卫星系统”（CycloneGlobal Navigation Satellite System,CYGNSS）星座是目前在轨运行且数据公开的唯一星载GNSS-R数据源，可为土壤水分领域的科学研究提供数据支持。但目前公开发布的CYGNSS土壤水分产品没有经过系统校正，且没有经过地表粗糙度和植被的校正，土壤水分估算精度有待进一步提高。

发明内容

本发明正是基于现有技术的上述需求而提出的，本发明要解决的技术问题是提供一种基于CYGNSS数据的星载GNSS-R高精度土壤水分估算方法。

为了解决上述问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于CYGNSS数据的星载GNSS-R高精度土壤水分估算方法，该方法包括：

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；