《表3 GNSS-R探测精度与其他观测手段比较》

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《地基GNSS遥感探测气象应用》

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注:*仅能探测地表层5cm深度的土壤含水量。

地基GNSS信号除了可以用于对流层和电离层遥感探测之外，还可以用于陆表参数探测，例如积雪深度、土壤湿度和植被含水量等。其原理是直接到达天线的折射信号与经地面反射后到达天线的信号叠加，形成干涉，即形成多路径信号，多路径信号的信噪比（SNR）可表示为振幅、天线相位中心距地面的高度、信号波长、反射角、相位、地表粗造度和地表介电常数的函数（Larson et al，2009）。虽然大地测量型天线具有抑制反射信号的功能，但卫星高度角低于30°时如果地面较为平坦，天线仍能接收到较强的反射信号。通过分离多路径信号的SNR可获得反射信号的SNR，基于一定假设，采用最小二乘法即可估计振幅、天线相位中心离地面高度和相位，其中振幅变化与植被含水量密切相关，天线相位中心离地面高度与积雪深度密切相关，相位变化则与土壤湿度密切相关。地基GNSS反射信号的反射区域（即菲涅尔带）是一个狭长的椭圆，当天线相位中心离地面的高度和卫星高度角分别为2m和10°时，菲涅尔带的长度约为20m。由于GNSS卫星轨道倾角约为55°，导致在北半球天线北面存在一个反射信号空白区，总体而言，地基反射信号遥感（GNSS-R）的探测面积约为1000m2（表3），明显大于接触式站点观测的面积（小于1m2），空间上更适合与单格点探测面积约100km2的卫星观测相匹配。从探测准确度来看，地基反射信号遥感（GNSS-R）的积雪深度和土壤湿度的准确度可达4cm和0.04cm3/cm3，比较接近于传统地面接触式探测的精度，明显优于卫星遥感探测，具有较好的业务应用前景。