基于两种多路径参数的GNSS-MR植被指数反演特性对比与分析

李俊豪; 王笑蕾

doi:10.13203/j.whugis20240411

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基于两种多路径参数的GNSS-MR植被指数反演特性对比与分析

大地测量学与测量工程 | 更新时间：2026-11-05

- 基于两种多路径参数的GNSS-MR植被指数反演特性对比与分析
- Comparison and Analysis of GNSS-MR Vegetation Index Inversion Characteristics Based on Two Multipath Parameters
- 武汉大学学报（信息科学版） 2026年51卷第7期页码：1384-1394
- 作者机构：
  
  河海大学地球科学与工程学院，江苏南京，211100
- 作者简介：
  
  李俊豪，硕士，研究方向为GNSS遥感。231309020010@hhu.edu.cn
  王笑蕾，博士，副教授。gnsswxl@hhu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(42474048;42004018)
- DOI：10.13203/j.whugis20240411
  中图分类号： P237;P228
- 收稿：2025-05-09，
  
  纸质出版：2026-07-05
- 稿件说明：
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李俊豪,王笑蕾.基于两种多路径参数的GNSS-MR植被指数反演特性对比与分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(7):1384-1394.

LI Junhao,WANG Xiaolei.Comparison and Analysis of GNSS-MR Vegetation Index Inversion Characteristics Based on Two Multipath Parameters[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(7):1384-1394.
李俊豪,王笑蕾.基于两种多路径参数的GNSS-MR植被指数反演特性对比与分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(7):1384-1394. DOI：10.13203/j.whugis20240411

LI Junhao,WANG Xiaolei.Comparison and Analysis of GNSS-MR Vegetation Index Inversion Characteristics Based on Two Multipath Parameters[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(7):1384-1394. DOI：10.13203/j.whugis20240411

摘要

归一化差异植被指数（normalized difference vegetation index

NDVI）是监测植被变化的重要参数之一。随着全球导航卫星系统（global navigation satellite system

GNSS）的不断发展，GNSS多路径反射测量技术被证明具有监测植被变化的潜力。基于GNSS信噪比数据提取的归一化振幅

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（normalized amplitude）和基于GNSS多路径数据提取的归一化微波反射指数（normalized microwave reflectance index

NMRI）是两类常用的NDVI反演参数。首先，利用板块边界观测网中P042、P052和P675 3个站点长达12年的GNSS数据进行实验，发现

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、NMRI与NDVI之间均存在良好的线性相关关系，相关系数介于0.58~0.86。然后，利用第五代欧洲中期数值预报中心大气再分析数据集及干旱数据，探讨气象干旱与NDVI、

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和NMRI之间的对应变化关系，当降水量较少、气候干旱时，对应的NDVI、

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和NMRI值均减小。最后，进一步提取了GPS、GLONASS和Galileo不同频点信号对应的NMRI参数，分析其与NDVI之间的相关性。结果表明，当站点周围植被类型为草地和农作物时，三大系统不同频点的NMRI均与NDVI呈现较好的对应关系，多模多频GNSS信号被证明具有植被指数可监测性。

Abstract

Objectives

The normalized difference vegetation index (NDVI) is one of the important parameters for monitoring vegetation changes. With the continuous development of the global navigation satellite system (GNSS)

GNSS multipath reflectometry technology has been proven to have the potential for monitoring vegetation changes. This paper aims to explore the

correlations between NDVI and the normalized amplitude (

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) and normalized microwave reflectance index (NMRI) obtained from GNSS interferometry reflectometry to assess the application potential of GNSS signals in vegetation monitoring.

Methods

The study used GNSS signal-to-noise ratio data to calculate

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and NMRI

analyzing their correlations with NDVI and change trends. In addition

total precipitation data from the European centre for medium-range weather forecasting reanalysis v5 and drought severity data were utilized to explore the relationship between precipi

tation/drought and

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and NMRI. Further analysis was conducted on the correlation between NMRI parameters and NDVI at different frequency points under the GPS

GLONASS

and Galileo systems.

Results

Analysis of experimental data from three plate boundary observatory sites (P042

P052

and P675) reveal strong linear correlations between

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and NDVI

as well as between NMRI and NDVI

with correlation coefficients ranging from 0.58 to 0.86. When the surrounding vegetation types were grassland and crops

NMRI at different frequency points across all three GNSS systems dem

onstrate good correspondence with NDVI. Notably

among the three frequency bands

the L1-band NMRI exhibites the strongest correlation with NDVI

with coefficients ranging from 0.46 to 0.89

which may be attributed to the shortest wavelength of the L1 signal.

Conclusions

The study shows that multi-constellation and multi-frequency GNSS signals can effectively monitor vegetation indices

which validates the application potential of GNSS interferometric reflectometry technology for monitoring vegetation changes and provides important data support for future research.

关键词

Keywords

references

孟健，刘天琦，周寒，等 . 榆林市植被覆盖度动态变化监测［J］. 北京测绘， 2021 ， 35 （ 11 ）： 1400 - 1404 .

MENG Jian ， LIU Tianqi ， ZHOU Han ， et al . Monitoring Dynamic Change of Vegetation Coverage in Yulin ［J］. Beijing Surveying and Mapping ， 2021 ， 35 （ 11 ）： 1400 - 1404 .

齐述华，王长耀，牛铮 . 利用温度植被旱情指数（TVDI）进行全国旱情监测研究［J］. 遥感学报， 2003 ， 7 （ 5 ）： 420 - 427 .

QI Shuhua ， WANG Changyao ， NIU Zheng . Evaluating Soil Moisture Status in China Using the Temperature/Vegetation Dryness Index（TVDI）［J］. National Remote Sensing Bulletin ， 2003 ， 7 （ 5 ）： 420 - 427 .

BILICH A ， AXELRAD P ， LARSON K M . Scientific Utility of the Signal-to-Noise Ratio （SNR） Reported by Geodetic GPS Receivers ［C］// The 20th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation ， Fort Worth， USA ， 2007 .

余锐，刘洋，王清泉，等 . 长时序多模多频GNSS-IR潮位反演综合比较分析［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2024 ， 49 （ 12 ）： 2210 - 2222 .

YU Rui ， LIU Yang ， WANG Qingquan ， et al . Comprehensive Comparative Analysis of Long-Term， Multi-mode， and Multi-frequency GNSS-IR Tide Inversion ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2024 ， 49 （ 12 ）： 2210 - 2222 .

赵涛，叶世榕，罗歆琪，等 . GNSS-IR潮位反演中高仰角数据质量控制方法［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2024 ， 49 （ 1 ）： 68 - 76 .

ZHAO Tao ， YE Shirong ， LUO Xinqi ， et al . A Data Quality Control Method for High Elevation Angle in GNSS-IR Tide Level Retrieval ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2024 ， 49 （ 1 ）： 68 - 76 .

王笑蕾，南阳，何秀凤，等 . 考虑潮波特性的GNSS-IR潮位反演方法［J］. 测绘学报， 2024 ， 53 （ 3 ）： 482 - 492 .

WANG Xiaolei ， NAN Yang ， HE Xiufeng ， et al . GNSS-IR Retrieval Method with Consideration of Tidal Periodicity of Sea Level ［J］. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica ， 2024 ， 53 （ 3 ）： 482 - 492 .

何秀凤，王杰，王笑蕾，等 . 利用多模多频GNSS-IR信号反演沿海台风风暴潮［J］. 测绘学报， 2020 ， 49 （ 9 ）： 1168 - 1178 .

HE Xiufeng ， WANG Jie ， WANG Xiaolei ， et al . Retrieval of Coastal Typhoon Storm Surge Using Multi-GNSS-IR ［J］. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica ， 2020 ， 49 （ 9 ）： 1168 - 1178 .

曾棋，张胜凯，龚力，等 . 基于GNSS-IR技术的南极海冰积雪深度反演研究［J］. 测绘地理信息， 2024 ， 49 （ 3 ）： 14 - 18 .

ZENG Qi ， ZHANG Shengkai ， GONG Li ， et al . Research on Inversion of Antarctic Sea Ice Snow Depth Based on GNSS-IR Technology ［J］. Journal of Geomatics ， 2024 ， 49 （ 3 ）： 14 - 18 .

梁静舒，梁宏，张洁，等 . 多频点组合GNSS-R积雪深度反演模型探讨［J］. 导航定位学报， 2026 ， 14 （ 2 ）： 185 - 194 .

LIANG Jingshu ， LIANG Hong ， ZHANG Jie ， et al . Discussion on Multi-frequency Combined GNSS-R Snow Depth Retrieval Model ［J］. Journal of Navigation and Positioning ， 2026 ， 14 （ 2 ）： 185 - 194 .

贾燕，金双根，肖智宇，等 . 全球导航卫星系统反射测量土壤水分遥感：现状与机遇［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2023 ， 48 （ 11 ）： 1784 - 1799 .

JIA Yan ， JIN Shuanggen ， XIAO Zhiyu ， et al . Soil Moisture Remote Sensing Using Global Navigation Satellite System-Reflectometry： Current Status and Opportunity ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2023 ， 48 （ 11 ）： 1784 - 1799 .

张永凤，布金伟，左小清 . 基于注意力机制的BiGRU-CNN-Net深度学习模型的星载GNSS-R植被含水量反演方法［J］. 兰州大学学报（自然科学版）， 2025 ， 61 （ 4 ）： 442 - 451 .

ZHANG Yongfeng ， BU Jinwei ， ZUO Xiaoqing . An Attention Mechanism-Based BiGRU-CNN-Net Deep Learning Model for Retrieval of Vegetation Water Content in Spaceborne GNSS-R ［J］. Journal of Lanzhou University （Natural Sciences）， 2025 ， 61 （ 4 ）： 442 - 451 .

魏涛，韩磊 . 星载GNSS-R技术在地表冻融判别中的应用［J］. 北京测绘， 2025 ， 39 （ 11 ）： 1688 - 1694 .

WEI Tao ， HAN Lei . Application of Spaceborne GNSS-R Technology in Surface Freeze-Thaw Identification ［J］. Beijing Surveying and Mapping ， 2025 ， 39 （ 11 ）： 1688 - 1694 .

郭斐，陈惟杰，朱逸凡，等 . 一种融合相位、振幅与频率的GNSS-IR土壤湿度反演方法［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2024 ， 49 （ 5 ）： 715 - 721 .

GUO Fei ， CHEN Weijie ， ZHU Yifan ， et al . A GNSS-IR Soil Moisture Inversion Method Integrating Phase， Amplitude and Frequency ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2024 ， 49 （ 5 ）： 715 - 721 .

RODRIGUEZ-ALVAREZ N ， BOSCH-LLUIS X ， CAMPS A ， et al . Review of Crop Growth and Soil Moisture Monitoring from a Ground-Based Instrument Implementing the Interference Pattern GNSS-R Technique ［J］. Radio Science ， 2011 ， 46 （ 6 ）： 2011RS004680 .

PAN Y L ， REN C ， LIANG Y J ， et al . Inversion of Surface Vegetation Water Content Based on GNSS-IR and MODIS Data Fusion ［J］. Satellite Navigation ， 2020 ， 1 （ 1 ）： 21 .

LI J ， YANG D K ， WANG F ， et al . A New Algorithm for Measuring Vegetation Growth Using GNSS Interferometric Reflectometry ［J］. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing ， 2023 ， 16 ： 1033 - 1041 .

SMALL E ， ROESLER C ， LARSON K . Vegetation Response to the 2012—2014 California Drought from GPS and Optical Measurements ［J］. Remote Sensing ， 2018 ， 10 （ 4 ）： 630 .

肖星星，吕伟才，仲臣，等 . 基于GPS-IR的归一化植被指数反演［J］. 全球定位系统， 2021 ， 46 （ 6 ）： 118 - 124 .

XIAO Xingxing ， LÜ Weicai ， ZHONG Chen ， et al . Iversion of Normalized Difference Vegetation Index Based on GPS-IR ［J］. GNSS World of China ， 2021 ， 46 （ 6 ）： 118 - 124 .

SMALL E E ， LARSON K M ， BRAUN J J . Sensing Vegetation Growth with Reflected GPS Signals ［J］. Geophysical Research Letters ， 2010 ， 37 （ 12 ）： 2010GL042951 .

LARSON K M ， SMALL E E . Normalized Microwave Reflection Index： A Vegetation Measurement Derived from GPS Networks ［J］. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing ， 2014 ， 7 （ 5 ）： 1501 - 1511 .

EVANS S G ， SMALL E E ， LARSON K M . Comparison of Vegetation Phenology in the Western USA Determined from Reflected GPS Microwave Signals and NDVI ［J］. International Journal of Remote Sensing ， 2014 ， 35 （ 9 ）： 2996 - 3017 .

吴继忠，吴玮 . 基于GPS-IR的美国中西部地区NDVI时间序列反演［J］. 农业工程学报， 2016 ， 32 （ 24 ）： 183 - 188 .

WU Jizhong ， WU Wei . Retrieving NDVI in Midwestern America Using GPS-Interferometric Reflectometry ［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering ， 2016 ， 32 （ 24 ）： 183 - 188 .

WAN W ， LARSON K M ， SMALL E E ， et al . Using Geodetic GPS Receivers to Measure Vegetation Water Content ［J］. GPS Solutions ， 2015 ， 19 （ 2 ）： 237 - 248 .

郑南山，丰秋林，刘晨，等 . GPS反射信号信噪比与NDVI相关性研究［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2019 ， 44 （ 10 ）： 1423 - 1429 .

ZHENG Nanshan ， FENG Qiulin ， LIU Chen ， et al . Relationship Analysis Between GPS Reflection Signal SNR and NDVI ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2019 ， 44 （ 10 ）： 1423 - 1429 .

LARSON K M ， NIEVINSKI F G . GPS Snow Sensing： Results from the EarthScope Plate Boundary Observatory ［J］. GPS Solutions ， 2013 ， 17 （ 1 ）： 41 - 52 .

LARSON K M ， SMALL E E ， GUTMANN E D ， et al . Use of GPS Receivers as a Soil Moisture Network for Water Cycle Studies ［J］. Geophysical Research Letters ， 2008 ， 35 （ 24 ）： 2008GL036013 .

LARSON K M ， RAY R D ， NIEVINSKI F G ， et al . The Accidental Tide Gauge： A GPS Reflection Case Study from Kachemak Bay， Alaska ［J］. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters ， 2013 ， 10 （ 5 ）： 1200 - 1204 .

ESTEY L H ， MEERTENS C M . TEQC： The Multi-purpose Toolkit for GPS/GLONASS Data ［J］. GPS Solutions ， 1999 ， 3 （ 1 ）： 42 - 49 .

MALLYA G ， ZHAO L ， SONG X C ， et al . 2012 Midwest Drought in the United States ［J］. Journal of Hydrologic Engineering ， 2013 ， 18 （ 7 ）： 737 - 745 .

BILICH A ， LARSON K M . Mapping the GPS Multipath Environment Using the Signal-to-Noise Ratio （SNR）［J］. Radio Science ， 2007 ， 42 （ 6 ）： 2007RS003652 .

VÁZQUEZ G E ， BENNETT R ， SPINLER J . Assessment of Pseudorange Multipath at Continuous GPS Stations in Mexico ［J］. Positioning ， 2013 ， 4 （ 3 ）： 253 - 265 .

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