[发明专利]一种利用三通道接收机的地基GNSS-R植被下土壤湿度感知方法

权利要求书

1.一种利用三通道接收机的地基GNSS-R植被下土壤湿度感知方法，其特征在于，包括：

步骤1，利用一段时间的数据建立土壤湿度数据库：利用土壤湿度计，对观测区域进行长时间连续性测量，并将土壤湿度数据保存在计算机上的数据库里；

步骤2：计算n天时间的植被下土壤反射系数的理论值，具体是将步骤1得到的实测土壤湿度数据通过Hallikainen经验模型和菲涅尔方程计算理论土壤反射系数；

步骤3，采集对应的GNSS数据：利用两个直达天线分别接收植被冠层上方的直达信号数据以及冠层下方的直达信号数据，利用反射天线接收直达信号经过植被二次衰减并且经地表反射的信号数据，三个天线的数据由3通道GNSS-R信号接收机同时采集，取北斗3号GEO卫星的信号数据，经过USB串口上传至计算机；

步骤4，计算植被冠层衰减系数：对两个直达信号的信噪比数据同时处理，通过两者之间的信噪比之差，求出植被冠层的衰减系数；

步骤5，计算总体反射系数的实际值：计算植被冠层上方接收到的直达与反射信号之间的信噪比之差，求出总体反射系数的实际值；

步骤6，计算植被下土壤反射系数的实际值：从步骤5计算出的总体反射系数得实际值中扣除步骤4中得到的植被冠层衰减系数，计算出植被下土壤反射系数的实际值；

步骤7，建立线性回归模型：将步骤2求出的植被下土壤反射系数的理论值与步骤6中求出的植被下土壤反射系数的实际值建立线性回归模型，求解两者之间的线性比例系数，方法为最小二乘拟合，从而建立理论值与实际值的对应模型；

步骤8，反演植被下土壤湿度：根据当天所采集的北斗3号GEO卫星的信噪比数据，计算植被下土壤反射系数的实际值，再通过步骤7建立的回归模型修正到理论值，最后通过菲涅尔方程求得土壤的介电常数，再通过Hallikainen经验模型，反演出植被下土壤的湿度值。

2.根据权利要求1所述的一种利用三通道接收机的地基GNSS-R植被下土壤湿度感知方法，其特征在于，所述步骤1的方法具体是首先进行实测土壤数据的采集及处理部分，在所研究地区设置一个土壤湿度计，所选取的土壤湿度计为一秒输出一个值，将湿度计插入土壤0-5cm处，连续测得l天的土壤湿度数据m_v，数据m_v存储格式表达如下：

其中，k行表示一天k个数据，l列表示测量的总天数。

3.根据权利要求2所述的一种利用三通道接收机的地基GNSS-R植被下土壤湿度感知方法，其特征在于，步骤2中，具体是将步骤1土壤湿度数据m_v代入以下Hallikainen经验模型中，求出土壤介电常数ε

ε＝(2.862-0.012s+0.001c)+(3.803+0.462s-0.341c)m_v+(119.006-0.500s+0.633c)m_v²

其中s＝0.51,c＝0.49，土壤介电常数ε存储格式如下

将求出的土壤介电常数ε代入下面的菲涅尔方程可得植被下土壤反射系数的理论值Γ'_soil

Γ'_soil＝Γ'_RL＝0.5(Γ'_VV-Γ'_HH)

其中θ为北斗3号GEO卫星的入射角为固定值54°，Γ'_HH和Γ'_VV分别为垂直和水平线性偏振分量，植被下土壤反射系数的理论值Γ'_soil存储格式如下