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研究生: 陳柏帆
Chen, Bo-fan
論文名稱: GPS反射訊號遙測應用於土壤溼度計算
The Reflected GPS Signals Applied in Remote Sensing Soil Moisture
指導教授: 蔡金郎
Tsai, Ching-lang
曾清凉
Tseng, Ching-Liang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 地球科學系
Department of Earth Sciences
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 73
中文關鍵詞: 土壤濕度反射訊號GPS
外文關鍵詞: GPS, soil moisture, Reflected signals
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  • 本研究以不同溼度土壤樣本做為GPS訊號反射物質,再將經過不同溼度土壤的反射訊號做進一步分析。訊號之反射強度與入射角度、土壤濕度、土壤粗糙度、土壤之介電係數、土壤之離散係數等因素有關,本研究利用各參數之間的相關性,再將所接收到的數據加以分析,進一步與真實溼度做比較。另外,本實驗所採用特殊設計之右旋及左旋偏極化天線,在同一時間接收直接傳達到的GPS訊號與經過地面或人為設計不同溼度土壤之減弱的反射訊號,並能夠加以進一步分析,如此便可得每一時間之直接及反射訊號的相位觀測量與定位結果。本研究應用GPS反射訊號之相位觀測量,與直接訊號相互比對其相位觀測量、訊號強度、大氣修正延遲量之修改與設計後,求解相位觀測量整數未定值以及反射點位置與高程,再進一步分析土壤濕度。

    The study set six soil samples with different moisture contents as objects that reflected GPS signals, and analyzed the reflected signals from each sample. The reflectivity was correlated with elevation angle, soil moisture, soil roughness, soil dielectric constant and emissivity of the soils. This thesis investigated the relations between each factor, analyzed the reflected data and compared the soil moisture with analyzed results. Furthermore, specially designed left hand circular polarization (LHCP) and right hand circular polarization (RHCP) antennas were adopted to receive the direct GPS signal and the reflected signal from designed soil surface respectively. The designed antennas received directed and reflected signals simultaneously. All observables from the direct and reflected signals were applied in this thesis such as carrier phase, signal- to-noise ratio (SNR), time delay ... etc. An integer ambiguity resolution algorithm and altitude of the reflected points were also implemented to acquire accurate reflected points and analyze the soil moisture further.

    摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 誌謝 Ⅲ 目錄 Ⅳ 圖目錄 Ⅶ 表目錄 Ⅸ 第一章、緒論 1 1.1、前言 1 1.2、研究動機 3 1.3、文獻探討 4 1.4、研究方法與流程 6 第二章、GPS系統與訊號後處理 8 2.1、GPS衛星信號 8 2.1.1、虛擬距離觀測量 10 2.1.2、載波相位觀測量 12 2.2、GPS系統誤差來源 15 2.2.1、衛星與接收儀鐘差(Clock Error) 15 2.2.2、電離層延遲量(Ionospheric Delay) 17 2.2.3、對流層延遲量(Tropospheric Delay) 18 2.2.4、週波未定值(Ambiguity) 20 2.2.5、多路徑效應(Multipath) 22 2.3、GPS反射訊號 23 2.4、GPS訊號品質 26 2.5、訊號反射率 28 2.6、反射面高程解算原理 33 2.7、反射區域中心點坐標解算 35 第三章、土壤相關理論及微波遙測土壤溼度理論 38 3.1、土壤分類法 38 3.2、土壤含水量計算 41 3.3、土壤顆粒與含水量之關係 42 3.4、微波遙測土壤溼度理論 44 第四章、實驗儀器與實驗流程 47 4.1、實驗儀器介紹 47 4.2、實驗地點 49 4.3、儀器架設 50 4.4、訊號接收軟體及訊號後處理軟體 51 第五章、實驗成果與分析 54 5.1、實驗流程 54 5.2、坐標解算結果 57 5.3、反射點中心坐標解算結果 58 5.4、土壤濕度數據分析結果 61 5.5、反射點土壤濕度與反射強度分析 66 第六章、結論與建議 67 6.1、結論 67 6.2、建議 69 參考文獻 71

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    校外:2008-08-20公開
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