利用多系统GNSS-IR技术进行土壤湿度反演，并设定一个阈值以优化卫星组合方案，从而实现小幅度的性能提升

《Journal of Hydrology》：Soil moisture retrieval using multi-system GNSS-IR with a marginal improvement threshold for satellite combination optimization

　　

聂世海|万晓云|李鹏|涂金生|吴星|严凯

摘要

全球导航卫星系统干涉反射测量技术（GNSS-IR）被广泛用于地表土壤含水量（SMC）的反演。然而，在多系统协同观测条件下，目前仍缺乏一个可解释的定量标准来确定多卫星组合的最佳规模，这限制了对信息增益的定量评估以及对组合规模的限制。为了解决这一问题，本研究提出了一种基于边际改进阈值的多系统GNSS-IR土壤湿度反演方法。在多系统协同GNSS-IR观测框架内，建立了干涉相位与土壤湿度之间的定量关系。通过引入卫星间的平均成对相关系数来表征卫星间的相关性和信息冗余，并限制与组合规模相关的边际增益。在此基础上，构建了一个边际改进阈值模型，描述了随着卫星数量增加反演性能的收益递减和饱和行为，从而为确定多系统多卫星组合的最佳规模提供了一个可行的标准。研究结果表明，多系统多卫星组合显著提高了GNSS-IR土壤湿度反演的精度，但其性能提升呈现收益递减趋势，并且随着卫星数量的增加逐渐趋于饱和。对于单系统、双系统、三系统和四系统双频方案，最佳卫星组合规模分别为5颗、7颗、10颗和14颗。在最佳配置下，四系统双频多卫星方案在P031站点的R2值为0.977，在P387站点的R2值为0.990，优于所有其他方案。这些发现为设计多系统GNSS-IR多卫星配置提供了定量依据，并为复杂环境条件下的地表水文监测提供了方法学参考