利用gps卫星信号信噪比的土壤湿度反演方法

Vol.8，No. 1 Feb.，2020
引文格式：黄志剑，王杰.利用 GPS 卫星信号信噪比的土壤湿度反演方法[J].导航定位学报,2020,8(1): 59-64（. HUANG Zhijian, WANG Jie.Retrieval method of soil moisture by GPS SNR[J].Journal of Navigation and Positioning,2020,8(1): 59-64.）DOI:10.16547/ki.10-1096.20200111.
Abstract：In order to further study on GNSS-IR remote sensing of surface soil moisture in bare soil area, the paper proposed a retrieval method of soil moisture using GPS SNR: a multiple linear regression model between amplitude, phase, frequency observations and soil moisture was established; and the logarithm of the amplitude observation was taken as a nonlinear transformation to improve the performance. Experimental result showed that through comparing the prediction results of multiple regression models with the in-situ data, the average RMSE would be 2.43 %; while the average RMSE after nonlinear transformation would be 1.23 %, which reduced by 49.27 % after linear transformation.
关键词：全球卫星导航系统反射信号干涉测量；信噪比；多元线性回归模型；土壤湿度 中图分类号：P228 文献标志码：A 文章编号：20954999(2020)01005906
Retrieval method of soil moisture by GPS SNR
HUANG Zhijian, WANG Jie （College of Land and Resources, China West Normal University, Nanchong，Sichuan 637000, China）
自 2008 年 Larson 提出 GNSS-IR 土壤湿度探 测方法以来，越来越多的专家学者在这一领域进 行了大量的研究。全球定位系统（global positioning system, GPS）作为全球 4 大定位系统之一，其 在 土 壤 湿 度 探 测 中 的 应 用 也 极 为 广 泛 。其 中 ：文
60
导航定位学报
收稿日期：20190412 基 金 项 目 ：四 川 省 教 育 厅 自 然 科 学 重 点 项 目（ 15 ZA 0 1 5 0 ，1 7ZA 0 3 8 7 ）；中 国 科 学 院 战 略 性 先 导 科 技 专 项（ X DA 1 90 4 0 504）；
南充市应用技术研究与开发专项项目（17YFZJ0014）；西华师范大学英才基金项目（17YC124）。 第一作者简介：黄志剑（1997—），男，四川德阳人，本科，研究方向为导航卫星遥感。
Keywords：global navigation satellite m–reflectometry and interferometry (GNSS-IR); signal-to-noise ratio (SNR); multiple linear regression model; soil moisture
图5a为多元回归模型预测结果与原位数据的拟合结果其中建模数据相关系数为038比振幅观测量一元回归模型提高921比相位观测量一元回归模型提高8158比频率观测量一元回归模型降低24预测结果的rmse为195
第8卷 第1期 2020 年 2 月
导航定位学报 Journal of Navigation and Positioning
要 分 支 ， 全 球 卫 星 导 航 系 统 反 射 信 号 干 涉 测 量 [4] （global navigation satellite system-reflectometry and interferometry, GNSS-IR）技术凭借成本低、信号源 充足、可全天候、全天时探测等优势，逐渐被应用 于土壤湿度探测中。
0 引言
土壤湿度是水循环中的重要因素之一，对于环 境科学而言，对其进行长期监测和准确预测具有十 分重要的意义 。 [1] 传统的土壤湿度探测方法有烘干 称重法[2]、土壤湿度传感器以及电阻法[3]等，此类方 法测量精度高，但存在对土壤质地破坏性强、观测 数据离散不连续等问题，进行区域性观测较为困难。 随着科学的发展，光学遥感法和微波遥感法被广泛 应用于土壤湿度探测。作为微波遥感技术的 1 个重
利用 GPS 卫星信号信噪比的土壤湿度反演方法
黄志剑，王 杰
（西华师范大学 国土资源学院，四川 南充 637000）
摘要：为了进一步研究裸土区域表层土壤湿度的全球卫星导航系统反射信号干涉测量（GNSS-IR）遥感，提出 1 种利 用 GPS 卫星信号信噪比数据的土壤湿度反演方法：建立振幅、相位、频率观测量与土壤湿度间的多元线性回归模型；并 对 振 幅 观 测 量 取 对 数 作 非 线 性 变 换 ，以 提 升 性 能 。实 验 结 果 表 明 ：多 元 回 归 模 型 预 测 结 果 对 比 原 位 数 据 ，平 均 均 方 根 误 差 （RMSE）为 2.43 %；非线性变换后平均均方根误差为 1.23 %，比线性变换前降低 49.27 %。