土壤微波遥感机理研究

论文摘要

微波遥感发展于60年代,因为其优越性而得到了迅速发展,其中,关于裸露土壤的遥感具有重大意义。因此,利用室内实验系统,研究土壤微波遥感机理就是其应用的重要基础。基于这一目的,本文在面散射基本模型方面做了大量仿真研究,建立了室内闭环介电常数测量系统,并在室内开放式测量系统的建立和改进方面做了大量工作。文章首先分析了power-law谱密度函数,介绍了其先进性,分析了在实际仿真计算中的局限。其次研究了IEM仿真模拟特性,并对模型发展过程中的一些改进重点做了描述,着重分析了模型中土壤介电常数对后向散射系数的影响,针对其中发现的一些特殊情况,提出了从IEM确定土壤介电常数的新思路和新方法,并为后继工作提供了一个完善的理论仿真分析平台。本文介绍了一种实用的复介电常数测量系统,并搭建了实验系统,同时分析了传统传输/反射方法的局限性,并针对这些局限性做了一定的扩展研究。深入分析了厚样品在系统测量实验中的特性、非标准校准方法在测量系统中应用的可行性和需要注意的问题、不同传输线长度对测量结果的影响。提出了采用电长度计算方法定位校准面和样品反射面的方法,并作了实验比较。最后,从基本理论出发推导了单端口测量计算公式,推导了料盒在实验中的处理,并对这两个内容做了实验验证。在标准样品测量中,分析了实验系统中出现的毛刺问题。为实际样品测量提供一种简单而精确的解决方案和最为详细的实验基础。在土壤测量实验中,着重检验了测量系统的可行性,并针对实际土壤测量中面临的一些特殊问题做了详尽分析。最后,文章介绍了室内开放测量系统的基本原理,建立的条件和需要考虑的一些问题,后向散射系数测量的定标原理,以及土壤遥感中,土壤样品表面参数提取的基本方法和这些方法之间的优缺点,为室内研究做了重要准备。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 选题的背景
• 1.2 土壤水分遥感
• 1.3 研究的内容
• 第二章 微波遥感基本原理
• 2.1 微波传输特性
• 2.2 微波遥感原理
• 2.3 微波遥感系统
• 2.3.1 微波遥感非成像系统
• 2.3.2 微波遥感成像系统
• 2.4 雷达方程
• 2.4.1 雷达散射截面积
• 2.4.2 微分散射系数
• 2.5 小结
• 第三章 裸露地表微波散射特性
• 3.1 后向散射
• 3.2 影响散射的因素
• 3.2.1 地表粗糙度
• 3.2.2 介电常数
• 3.2.3 雷达参数
• 3.2.4 其他影响
• 3.3 菲涅耳反射系数
• 3.3.1 菲涅耳反射系数的定义
• 3.3.2 菲涅耳反射系数的修正
• 3.4 表面相关函数
• 3.4.1 高斯指数相关函数
• 3.4.2 一般方程
• 3.4.3 power-law谱密度函数
• 3.3.4 仿真比较
• 3.5 面散射模型
• 3.5.1 SPM和KM模型
• 3.5.2 积分模型
• 3.5.3 其他模型
• 3.6 IEM仿真分析
• 3.6.1 IEM与POM和SPM的比较
• 3.6.2 IEM的一般特性
• 3.6.3 介电常数对IEM的影响
• 3.6.4 IEM的同极化散射
• 3.6.5 p-power对IEM的影响
• 3.6.6 从IEM反演介电常数
• 3.7 小结
• 第四章 闭环介电常数的测量
• 4.1 介电常数测量方法
• 4.1.1 波导传输/反射法
• 4.1.2 其他方法简介
• 4.2 传统方法的修正
• 4.2.1 校准问题
• 4.2.2 误差问题
• 4.3 标准样品的实验分析
• 4.3.1 校准有效性分析
• 4.3.2 电长度计算法研究
• 4.3.3 比对确定介电常数
• 4.3.4 有损波导的影响
• 4.3.5 测量的不确定性
• 4.4 土壤介电常数与土壤湿度
• 4.5 土壤样品的测量
• 4.5.1 测量中的问题
• 4.5.2 土壤介电特性
• 4.6 波导单端口测量的讨论
• 4.6.1 单端口的校准问题
• 4.6.2 无限长样品的单端口测量
• 4.6.3 有限长度样品的单端口测量
• 4.7 单端口测量实验
• 4.8 单/双端口方法比较
• 4.9 料盒分析
• 4.10 小结
• 第五章 室内开放测量系统简介
• 5.1 室内天线测量系统简介
• 5.2 关于远场条件
• 5.3 提取地表参数
• 5.3.1 表面高程的提取
• 5.3.2 计算相关长度
• 5.3.3 确定相关函数
• 5.4 从平均功率测量算得散射系数
• 5.5 小结
• 结论和展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果