PDF《反演方法》

北京航空航天大学学报Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics 收稿日期: 2015-10-12;

录用日期: 2015-11-13;

网络出版时间: 网络出版地址: 基金项目: 国家

863 计划(基金号 2013AA102301);

山东农业大学智能化农业装备研发项目(基金号 2015-16);

山东农业大学盐碱地改良利用 项目(基金号 2014-IV-4) *通讯作者: Tel.

:18660868122;

E-mail:[email protected] http://bhxb.buaa.edu.cn [email protected] DOI:10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0656 SVRM 辅助的北斗 GEO 卫星反射信号土壤湿度 反演方法 杨磊

1 ,吴秋兰

1 ,张波

2 ,梁勇*1 ,洪学宝

2 ,邹文博

2 (1.山东农业大学 信息科学与工程学院,泰安 271019;

2.北京航空航天大学 电子信息工程学院,北京 100191) 摘要:提出了一种 SVRM(支持向量回归机)辅助的北斗 GEO(地球静止轨道)卫星反射信号 土壤湿度反演方法.使用 GNSS-R(全球导航卫星系统反射信号)双天线接收体制进行了地基试验,采集 了北斗 GEO 卫星直射、反射信号原始数据,并从中提取直射、反射信号的相关功率,结合北斗 GEO 卫星 的高度角与方位角信息作为输入, 烘干称重法获取的土壤湿度作为输出对使用径向基核函数的 进行了训练.独立测试集上的结果表明,SVRM 辅助的北斗 GEO 卫星反射信号土壤湿度反演方法获取的土 壤湿度结果与烘干称重法获取的土壤湿度参考值误差控制在 3%以内,线性回归方程决定系数 R

2 为0.8979,均方根误差 RMSE 为1.4926%,证明了该方法具有良好的泛化特性,实际应用中效果良好. 关键词:北斗;

地球静止轨道卫星;

GNSS-R;

支持向量回归机;

土壤湿度;

遥感探测 中图分类号:P237;

S152.7+1 文献标识码:A 文章编号:1001-5965(XXXX)XX- XXXX-XX 土壤湿度在农业生产中有着举足轻重的地 位.微波遥感是土壤湿度测量的重要手段.L 波 段电磁波在大气中衰减少,并能有效穿透植被, 被认为是探测土壤湿度的理想波段.全球导航卫 星系统反射信号(Global Navigation Satellite System-Reflection, GNSS-R)技术是利用导航卫星 的反射信号进行遥感探测的一种新技术.与传统 微波遥感手段相比,GNSS-R 技术拥有大量免费 的L波段信号源,不需要单独发射机,接收机体 积和重量都较小,搭载平台灵活,还具有时间、 空间分辨率高等优点[1-2] . 目前国际上在利用 GNSS-R 技术进行土壤湿 度探测方面已经进行了较深入的研究.其中以 NASA(美国国家航空与航天局)于2002 年在新 墨西哥拉斯克鲁赛斯地区进行的基于GPS(Global Position System, GPS)反射信号的土 壤湿度遥感试验SMEX02(Soil Moisture Experiment 2002)为代表的一系列试验证明了该 技术的有效性[3] . 国内相关的研究工作也已经取得了一定进 展.其中中国科学院武汉物理与数学研究所、武 汉大学、中国科学院东北地理与农业生态研究所 等单位分别进行了利用 GNSS-R 技术反演土壤湿 度的相关研究工作[4-6] .中国气象局、北京大学遥 感与地理信息系统研究所、中国科学院国家空间 研究中心和北京航空航天大学[7-9] 等单位也已经 在基于 GNSS-R 技术的土壤湿度探测、植被影响 修正等方面进行了研究,并取得了一定成果. 目前基于GNSS-R技术的土壤湿度探测方法 主要有干涉复数场技术 (Interference Complex Filed, ICF) 和干涉图技术(Interference Pattern Technique, IPT). 干涉复数场技术是使用两套天线 分别接收直射信号和反射信号,利用反射信号与 直射信号幅度比信息实现反演[3] ;