融合星载制造技术

本发明专利技术公开融合星载

【技术实现步骤摘要】
融合星载GNSS
‑
R和多源RS数据协同反演地表土壤水分和植被含水量的方法


[0001]本专利技术涉及
GNSS
地表土壤水分和植被含水量反演
，特别是涉及一种融合星载
GNSS
‑
R
和多源
RS
数据协同反演地表土壤水分和植被含水量的方法
。

技术介绍

[0002]土壤水分
(Soil Moisture
，
SM)
是一个重要的气候变量，控制着降水非线性分配为入渗和径流，从而影响水文和农业过程
、
干旱发展和河流流量，同时还会对气候系统产生影响，是各大洲蒸散的来源并参与水和能源循环
。
而植被含水量
(Vegetation Water Content
，
VWC)
作为影响植被活动和生物量的主要因子，在许多关键的生物地球化学过程中起着重要作用
。
植被含水量表示植被单位的水量，可以清晰的显示植被的干湿状况，而传统的植被水分状态监测方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种融合星载
GNSS
‑
R
和多源
RS
数据协同反演地表土壤水分和植被含水量的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1
，分别获取
CYGNSS
卫星星载
GNSS
‑
R
数据以及
SMAP、GPM、SMOS、AMSRU
和
scPDSI
数据；步骤
S2
，将数据及其产品统一到
SMAP 9km
×
9km
格网上并根据预设配置进行数据筛选及质量控制；步骤
S3
，使用
CYGNSS
卫星星载
GNSS
‑
R
数据计算地表发射率；步骤
S4
，训练集
、
验证集和测试集数据划分；步骤
S5
，利用
CYGNSS
卫星观测的反射信号图像
、
观测变量
、
地表辅助变量参数构建星载
GNSS
‑
R
地表土壤水分反演模型，并将测试数据集输入到训练后的梯度提升决策树
GBDT
模型中以估算地表土壤水分，最后采用
SMOS
土壤水分和
AMSRU
土壤水分数据进行验证；步骤
S6
，利用
CYGNSS
卫星观测的反射信号图像
、
观测变量
、
地表辅助变量参数构建星载
GNSS
‑
R
植被含水量反演模型，并将测试数据集输入到训练后的极端梯度提升
XGBoost
模型中以估算植被含水量，最后采用
SMAP
数据作为参考值验证模型反演性能
。2.
根据权力要求1所述的一种融合星载
GNSS
‑
R
和多源
RS
数据协同反演地表土壤水分和植被含水量的方法，其特征在于，采用的
CYGNSS
卫星星载
GNSS
‑
R
数据包含以下几个变量参数：
1)
与发射信号图像相关：双基地雷达散射截面
BRCS、
有效散射面积
、
功率
DDM
；
2)
与
DDM
特征值相关：
DDM
信噪比
、
归一化双基地雷达截面；
3)
与接收机相关：
GNSS
‑
R
接收机的接收天线增益
、GPS
发射器的等效各向同性辐射功率；
4)
与几何相关：
GNSS
‑
R
接收机到镜面反射点距离
、GNSS
发射机到镜面反射点距离
、
镜面反射点纬度
、
镜面反射点经度
、
镜面反射点入射角；距离校正增益；
5)
与星载
GNSS
‑
R
数据质量相关：采用了质量标识；以及，采用的地表辅助参数包括：
1)SMAP
升降轨的土壤湿度
、
地表温度
、
植被含水量
、
粗糙度系数
、
植被光学厚度以及质量标识；
2)GPM
降雨数据；
3)SMOS
地表温度和土壤湿度；
4)AMSRU
土壤水分数据；
5)scPDSI
干旱指数
。3.
根据权力要求1所述的一种融合星载
GNSS
‑
R
和多源
RS
数据协同反演地表土壤水分和植被含水量的方法，其特征在于：步骤
S2
所述的将数据及其产品统一到
SMAP 9km
×
9km
格网上并根据预设配置进行数据筛选及质量控制，具体步骤为：将数据和产品统一到
SMAP 9km
×9格网上时，首先将
GPM
降雨产品
、SMOS
地表温度产品和土壤湿度产品
、AMSRU
土壤水分产品
、scPDSI
干旱指数数据在时空维度上与
SMAP 9km
×
9km
格网分辨率相统一，然后将
CYGNSS
数据重新处理并投射到
SMAP
数据采用的
EASE
‑
Grid
网格中，生成与目标区域包含格网点数量相同的数据组，其中
GNSS
‑
R
数据及其其他数据及其产品均采用双线性插值算法进行重采样；再对不同的数据组进行质量控制筛除质量不合格的数据组，具体的筛除项配置有：
1)GYGNSS
卫星星载
CYGNSS
‑
R
数据根据其元数据里提供的变量质量标志
quality_flags
对数据组进行质量控制筛除精度不高的采样点；
2)SMAP
数据产品采用其数据集当中的质量标识
retrieval_qual_flag
数据进行质量控制，以确保土壤湿度
、
地表温度
、
植被含水量
、
粗
糙度系数达到推荐质量，剔除土壤湿度
、
地表温度
、
植被含水量
、
粗糙度系数小于
0.02
和
‑
9999
的值，保留
retrieval_qual_flag
等于
0(
二进制为“0000”)
或等于
8(
二进制为“1000”)
的高质量反演值；
3)SMOS
数据产品使用其数据集当中的质量标识
Quality_Flag
进行质量控制，保留
Quality_Flag
＝0的反演推荐质量数据；
4)
所有数据产品剔除含有
NAN
值的数据
。4.
根据权力要求1所述的一种融合星载
GNSS
‑
R
和多源
RS
数据协同反演地表土壤水分和植被含水量的方法，其特征在于：步骤
S3
使用
CYGNSS
卫星星载
GNSS
‑
R
数据计算地表发射率计算如下：式中，
P
DDM
为
DDM
的模拟散射功率的峰值；
P
t
G
t
为发射机的等效全向辐射功率；
P
t
为
GNSS
卫星右旋圆极化导航信号的发射功率；
G
t
为发射天线增益；
G
r
为接收机天线增益；
λ
为发射信号的载波波长；
R
t
和
R
r
分别为发射机到地表发射点...

【专利技术属性】
技术研发人员：布金伟，张永凤，左小清，邓荣，刘馨雨，朱大明，李勇发，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：