GNSS-R陸面遙感散射特性研究.pdf

1、導(dǎo)航衛(wèi)星的反射信號攜帶地表信息可以被專門的接收機(jī)接收利用，形成一種新興的遙感手段GNSS-R遙感。在海洋領(lǐng)域，GNSS-R可以用來反演海面風(fēng)場、有效波高、潮位和海水鹽度等信息。在陸面領(lǐng)域，低成本、小功耗和高時空分辨率等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其可以成為土壤水分、植被等地物參數(shù)監(jiān)測反演的有效手段。本文旨在對GNSS-R陸面遙感的散射特性進(jìn)行研究，以期實(shí)現(xiàn)GNSS-R的實(shí)用化陸面參數(shù)遙感研究。
　　 導(dǎo)航衛(wèi)星群作為發(fā)射源，專門的GNSS-R接收

2、機(jī)可以接收直射信號經(jīng)地表反射的信號，這樣形成一種收發(fā)分置的雙基地雷達(dá)(bistaticradar)工作模式。因此對于GNSS-R散射特性研究需要采用雙站散射模型。根據(jù)現(xiàn)有雙站散射模型的文獻(xiàn):針對裸土，本文將原有的PO、GO和SPM模型以及AIEM模型修改為雙站散射形式;根據(jù)現(xiàn)有Bi-mimics文獻(xiàn)，在森林后向散射Mimics模型的基礎(chǔ)上，加入散射的天頂角和方位角，在代碼中實(shí)現(xiàn)了雙站散射模型Bi-mimics模型。修改時涉及到相位矩陣和

3、消光矩陣等的變化，同時地表反射率矩陣和散射矩陣也要修改為相應(yīng)的雙站形式。與海面相比，陸面粗糙度較小，一般認(rèn)為接收機(jī)接收到的能量主要是來自于第一菲尼爾區(qū)的鏡像散射能量，其余漫散射的能量較微弱，可以忽略不計(jì)。因此需要將上述雙站散射模型中的角度設(shè)置為鏡像角度，得到鏡像散射模型Spec-mimcis模型，以此為研究工具，對農(nóng)作物和森林的生物量特性進(jìn)行分析，理論研究表明GNSS-R可以成為植被生物量監(jiān)測的有效工具。
　　 為克服電離層的影

4、響，導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的直射信號為右旋圓極化信號，該信號經(jīng)地表反射后，極性會發(fā)生改變，而反射信號本身相對較弱，因此需要相應(yīng)極性天線對信號進(jìn)行接收，以降低極化損耗，充分利用反射信號。本文針對陸面遙感反射信號的極化特性進(jìn)行研究，將裸土散射模型和上述Bi-mimics模型、Spec-mimics模型中的Stokes矢量進(jìn)行修改，使其可以計(jì)算任意極化的散射系數(shù)。以Mimics手冊中的Aspen為模型輸入?yún)?shù)，模擬分析了RHCP發(fā)射，線極化（H、V極化

5、）和圓極化(RHCP、LHCP)接收時散射系數(shù)隨入射角的變化。理論研究表明RHCP極化信號經(jīng)地表反射后，LHCP極性的反射信號無論是裸土還是植被都是只有在大的入射角（小仰角）時存在鏡像散射值。但是對于RHCP，H、V極性的反射信號，在各個角度都有響應(yīng)，RV極化時候，動態(tài)響應(yīng)最大。當(dāng)接收機(jī)可以追蹤一顆或多顆衛(wèi)星在不同仰角下的能量時（如SMIGOL），采用動態(tài)響應(yīng)大的V極化天線較為有效;當(dāng)接收機(jī)只能接收最高仰角的信號（如SMEX02中的DM