[发明专利]基于GNSS信号的水面水华密度遥感探测方法及系统

权利要求书

1.一种基于GNSS信号的水面水华密度遥感探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用组成混合物介质的各介电常数，构建水华混合物的反射模型；

步骤2，利用风速数据、GNSS观测的均方斜率mss，以及光学或近红外遥感影像的水华密度数据，建立以水华密度和风速为参数的水华表面的风驱动粗糙度模型；

步骤3，以双基雷达方程为基础，结合水华反射特点，顾及已建立的以水华密度为参数的水面混合物反射模型和粗糙度模型，建立水华密度和GNSS反射观测值的关系模型；

步骤4，同时利用水华区域内对应的GNSS-R反射功率和水华密度进行拟合，获取水华密度探测经验模型，实现基于GNSS-R反射功率的水面水华反演。

2.根据权利要求1所述的一种基于GNSS信号的水面水华密度遥感探测方法，其特征在于：步骤1中，基于混合物各个组成部分的体积比、介电常数和水华细胞形态参数，构建线性组合的水华混合物介电常数模型，利用菲涅尔反射方程，计算混合物水面反射系数。

3.根据权利要求2所述的一种基于GNSS信号的水面水华密度遥感探测方法，其特征在于：设水体和泡沫混合物的介电常数为ε_wf，水华藻体的介电常数为ε_ga，所述水华混合物介电常数模型表示为，

ε_eff＝(1-_i)×ε_wf+_i×ε_ga

其中，v_i为水华的体积比，取决于水华的密度ρ；

改变水华介电常数的主要是水华的种类k和密度ρ，将水华混合物模型表示为ε_eff＝g(,k)

根据菲涅尔反射定律，信号垂直极化和水平极化反射率分别为，

式中，γ入射信号高度角，ε为水华混合物介电常数ε_eff；

GNSS反射信号经过右旋极化转为左旋计划，反射率表示为，

Г_rl(ρ,k)＝(Г_hh-Г_vv)/2

通过上式计算由于水面水华的产生引起的水面的反射系数的改变。

4.根据权利要求3所述的一种基于GNSS信号的水面水华密度遥感探测方法，其特征在于：所述水体和泡沫混合物的介电常数ε_wf提取方式如下，

其中，v_f为泡沫的体积比，ε₀为空气的介电常数，ε_w为水体的介电常数。

5.根据权利要求3所述的一种基于GNSS信号的水面水华密度遥感探测方法，其特征在于：水华藻体的介电常数ε_ga提取方式如下，

ε_ga＝_s+_fwε_w+_bε_b

其中，ε_s为藻体介电常数，_b为束缚混合物的介电常数，v_fw和v_b是藻类自由水和束缚混合物的体积分量。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于GNSS信号的水面水华密度遥感探测方法，其特征在于：步骤2中，进行水面张力对粗糙度的影响模拟仿真，采用GNSS观测的均方斜率mss和海风数据，建立有水华区域，水华密度条件下的风驱动水面粗糙度模型，将水面处均方斜率mss表示为水华密度ρ和水面风速s的函数通式t(ρ,s)，记为mss＝t(ρ,s)。