[发明专利]星载GNSS-R土壤温度与湿度的反演方法、系统

说明书

本发明公开了一种星载GNSS‑R土壤温度与湿度的反演方法、系统，该方法具体包括：(1)获取目标区域内某一时间段内的星载GNSS‑R数据、土壤湿度产品、土壤温度产品及辅助产品；(2)数据预处理及质量控制；(3)计算土壤表面反射率；(4)以土壤表面反射率为输入计算土壤温度；(5)以土壤表面反射率、土壤温度、植被光学厚度为输入计算土壤湿度。本发明首次实现了基于星载GNSS‑R数据计算土壤温度，克服了现有观测手段的不足，提供了一种新的土壤温度获取手段；并实现了一种考虑温度的星载GNSS‑R反演土壤湿度方法，削弱了因土壤温度变化带来的误差影响，提高了星载GNSS‑R反演土壤湿度的精度。

技术领域

本发明涉及GNSS信号处理和土壤学领域，是一种基于星载GNSS-R的土壤温度与湿度的反演方法、系统。

背景技术

GNSS-R(Global Navigation Satellite System–Reflectometry)反演土壤温度与湿度是指利用GNSS卫星反射信号进行地球表面参数遥感的具体应用，是一种被动式双基遥感技术。星载GNSS-R是指双基均为星间卫星的一种情形，区别于地基与机载两种情形。该技术自上世纪90年代以来逐渐发展，在地基和机载两种情形中被广泛研究，并在2014年后随着相关卫星发射，研究拓展到星载GNSS-R情形。在基于星载GNSS-R反演土壤温度中，一般首先通过搭载在卫星上的反射信号接收天线观测得到的DDM(Delay Doppler Map)观测值计算土壤表面反射率，然后通过将表面反射率与土壤温度相关联并建立线性模型，从而达到反演土壤温度的目的；在反演土壤湿度中，通过对计算得到的土壤表面反射率，进行土壤温度改正及植被厚度改正，使用改正后的土壤反射率计算土壤湿度。但是在目前的实际计算应用过程中，存在如下问题和挑战：

1)目前尚无使用星载GNSS-R技术反演土壤温度的研究。土壤温度作为研究地球陆表循环的重要物理参数，获取全球及区域尺度的土壤温度数据十分重要，但目前的主流获取手段均存在各自不足，如人工获取手段费时费力，现有遥感卫星手段时空分辨率不足，而使用GNSS-R技术可有效克服这些问题；

2)现有星载GNSS-R技术反演土壤湿度研究中忽略了土壤温度的影响，导致在一些温度变化较大的地区土壤湿度测量不够准确，因此，考虑土壤温度的星载GNSS-R土壤湿度反演方法研究，具有重要的实用价值和研究意义。

发明内容

本发明提出一种星载GNSS-R土壤温度与湿度的反演方法、系统，为土壤温度的观测提供了一种全新的手段，并有效解决当前GNSS-R反演土壤湿度方法中因土壤温度变化带来的误差问题。

根据本发明实施例一方面，提供一种星载GNSS-R土壤温度与湿度的反演方法，包括：获取目标区域内一时间段内的星载GNSS-R数据、土壤湿度产品、土壤温度产品、植被光学厚度产品及水体占比数据；将星载GNSS-R数据、土壤湿度产品、土壤温度产品、植被光学厚度产品及水体占比数据在时空维度上统一到相同的EASE格网上，生成与目标区域包含格网点数量相同的数据组，同时对数据组进行质量控制筛除质量不合格的数据组；以合格的数据组为单位，利用数据组中的星载GNSS-R数据计算数据组所对应格网点内的土壤表面反射率；将土壤表面反射率输入到土壤温度反演模型，计算土壤温度以及土壤温度与土壤温度产品之间的差值，将差值满足最小二乘时的土壤温度反演模型及土壤温度作为符合要求的结果；将土壤表面反射率、土壤温度、植被光学厚度输入到土壤湿度反演模型，计算土壤湿度以及土壤湿度与土壤湿度产品之间的差值，将差值满足最小二乘时的土壤湿度反演模型及土壤湿度作为符合要求的结果。