[发明专利]双极化合成孔径雷达与作物模型同化的作物灌溉指导方法

权利要求书

1.一种双极化合成孔径雷达与作物模型同化的作物灌溉指导方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1、收集研究区待测作物生育期内双极化合成孔径雷达的卫星数据，进行预处理获得时间序列C波段的VH和VV双极化后向散射系数，即双极化SAR数据；

S2、在作物出苗或返青之后，基于双极化SAR数据，采用AIEM模型与MIMICS模型反演土壤水分SM，得到遥感反演SM；

S3、收集研究区内的气象、作物、土壤和作物管理参数并将其作为输入参数，标定研究区作物的SWAP模型，得到SWAP模型模拟SM；

S4、以SM为同化变量，利用集合卡尔曼滤波算法对S2所得遥感反演SM和S3所得SWAP模型模拟SM进行同化，优化SWAP模型；

S5、基于优化后的SWAP模型输出的土壤水百分比含量，根据灌溉上限和灌溉下限，判断土壤含水量是否接近水分胁迫临界预警值，给出是否需要灌溉，以及灌溉日期和灌溉量；

S6、逐个作物格网运行S4-S5的步骤，模拟输出区域的作物灌溉制度分布图，指导作物生产。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述进行预处理是指多视处理、地形纠正和斑点噪声滤除。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2所述采用AIEM模型与MIMICS模型反演土壤水分SM，其为：在植被稀疏的情况下采用AIEM模型；在植被繁茂的情况下，地表反射利用AIEM模型，作物覆盖部分总散射由MIMICS模型确定。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2所述反演土壤水分SM，采用支持向量回归算法进行迭代优化获取土壤水分SM。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，S2所述采用AIEM模型与MIMICS模型反演土壤水分SM，代价函数选取AIEM和MIMICS模型，模拟与观测的双极化后向散射系数差，以公式(1)进行计算：

其中，σ_0VV、分别表示实际观测VV极化后向散射系数值和通过AIEM与MIMICS模型模拟的VV极化后向散射系数值；同理，σ_0VH、分别表示VH极化的观测后向散射值和模拟值；a为考虑作物生育期的VH极化影响加权系数；当低于特定值时返回土壤水分SM值。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述特定值为0.01dB。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3所述收集研究区内的气象、作物、土壤和作物管理参数并将其作为输入参数，标定研究区作物的SWAP模型，需要对气象参数和作物模型所需的积温参数采用反距离权重插值算法，完成参数区域化标定。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中所述进行同化，先按照经典的集合卡尔曼公式(2)(3)(4)进行计算：

B_t＝HA_t+v_t (2)

A_t表示t时刻下作物模型中的LAI状态变量集合；表示LAI的预报集合；B_t为t时刻的一个观测数据集合；该时刻状态的最优估计集合为的均值即为该时刻状态的最优估计值；H为观测算子；M是状态变换方程；v_t是测量噪声；w_t是过程误差；K_t是卡尔曼增益，表示观测数据的权重；

后按照如下公式(5)-(10)进行计算：

其中，N表示集合大小，表示t时刻模型第i个集合成员的一个预报状态，b_i,t表示t时刻观测集合的第i个成员，是表示t时刻的预报集合的方差，R_t表示t时刻观测集合的方差，H为观测算子，其他符号表示计算过程中的中间变量。