GNSS İnterferometrik Reflektometriya (Global Navigation Satellite System Interferometric Reflectometry, GNSS-IR), peykdən birbaşa gələn GNSS mikrodalğa siqnalı ilə torpaqdan və ya bitki örtüyündən əks olunduqdan sonra eyni qəbulediciyə çatan siqnal arasındakı interferensiyadan istifadə edərək səthin həndəsi və dielektrik xüsusiyyətlərinə həssas ölçmələr yaradan passiv reflektometriya üsuludur. Bu tədqiqat İtaliyanın şimal-qərbində yerləşən 2 hektarlıq daimi çəmənlikdə dörd sahə kampaniyasından toplanmış GPS/GLONASS SNR məlumatlarını emal etməklə GNSS-IR-nin örtük hündürlüyü, bitki örtüyü sıxlığı və rütubət dəyişmələrini izləmə potensialını araşdırmışdır. Örtük hündürlüyünün qiymətləndirilməsi yerüstü ölçmələrlə r = 0.89 korrelyasiya göstərmiş, orta xəta −0.067 m və MAPE %18 olmuşdur. dSNR rəqs amplitudası ilə Sentinel-2 NDVI arasında r = −0.81, dielektrik faza termini ilə sahə torpaq rütubəti arasında isə r = 0.86 əlaqə bildirilmişdir. Bununla belə, təhlil yalnız dörd tarixin aqreqasiya olunmuş dəyərlərinə əsaslandığı üçün nəticələr geniş kənd təsərrüfatı şəraitinə ümumiləşdirilmiş kalibrləmə tənlikləri kimi deyil, GNSS-IR müşahidə edilənlərinin bitki quruluşu və dielektrik dəyişmələrə həssas olduğunu göstərən ilkin sahə sübutu kimi şərh edilməlidir.

Tədqiqatın yanaşması bütün tarla xüsusiyyətlərini bir GNSS-IR parametrindən çıxarmağa çalışmır. Rəqs tezliyi və bundan hesablanan faza mərkəzi hündürlüyü bitkinin şaquli quruluşu ilə; rəqs amplitudasındakı zəifləmə örtük sıxlığı və elektromaqnit sönümlənməsi ilə; dielektrik faza termini isə torpaq–bitki mühitinin kompleks permitivliyində, xüsusilə rütubətin yaratdığı dəyişikliklərlə əlaqələndirilmişdir. Bu çoxparametrli şərh eyni GNSS siqnalından müxtəlif fiziki komponentlər haqqında tamamlayıcı məlumat əldə etməyin mümkün olduğunu göstərir. Lakin tədqiqat struktur və dielektrik töhfələri tam şəkildə bir-birindən ayıran inversiya sistemi hazırlamamışdır.

GNSS-IR-nin praktik cəlbediciliyi yeni aktiv radar siqnalı yaratmaq əvəzinə davamlı yayımlanan GNSS peyklərinin mövcud siqnallarından istifadə etməsidir. Bu, üsulun sabit GNSS stansiyalarına, kənd təsərrüfatı maşınlarına və ya gələcəkdə aşağı qiymətli qəbuledicilərə inteqrasiya edilməsinə imkan verə bilər. Tədqiqatda istifadə olunan qəbuledici isə tədqiqat sinfinə aid Topcon HiPer Pro-dur; smartfon və ya aşağı qiymətli cihazların performansı bu təcrübədə sınaqdan keçirilməmişdir.

Kənd təsərrüfatı monitorinqi problemi

Bitki hündürlüyü, örtük sıxlığı və torpaq rütubəti müxtəlif kənd təsərrüfatı proseslərini izah edən əsas biofiziki dəyişənlərdir. Örtük həndəsəsi işığın tutulması, transpirasiya və atmosfer–bitki qarşılıqlı təsirləri ilə; torpaq rütubəti isə cücərmə, qida maddələrinin mənimsənilməsi, mikrob prosesləri və su stresi ilə əlaqəlidir. Bu dəyişənlər eyni tarlada zaman və məkan üzrə dəyişə bildiyindən seyrək nöqtə ölçmələri bütün sahənin vəziyyətini təmsil etmək üçün kifayət etməyə bilər.

Optik peyk müşahidələri geniş əraziləri müntəzəm təsvir edə bilsə də, bulud, aerozol və işıqlandırma şəraitindən təsirlənir və üçölçülü örtük quruluşunu birbaşa ölçmür. LiDAR örtük həndəsəsini yüksək dəqiqliklə müəyyən edə bilər, lakin davamlı və yüksək zaman ayırdetməli peyk müşahidəsi kimi geniş yayılmayıb. Radar və passiv mikrodalğa sistemləri rütubətə və bitkinin su tərkibinə həssasdır, lakin sahə miqyasında zaman/məkan ayırdetmə məhdudiyyətləri ola bilər.

Tədqiqatın araşdırdığı müşahidə boşluğu bitki quruluşu ilə rütubət mənşəli dielektrik dəyişikliklərə eyni zamanda həssas və yüksək zaman tezliyi ilə işləyə bilən sahə miqyaslı üsulun öyrənilməsidir.

GNSS-IR kənd təsərrüfatı monitorinqində necə işləyir?

GNSS-IR GNSS peykindən birbaşa antenaya çatan siqnalla torpaq və bitki örtüyündən əks olunub daha uzun yol keçdikdən sonra eyni antenaya çatan siqnalı birlikdə ölçür; iki yol arasındakı faza fərqi SNR-də müntəzəm interferensiya rəqsləri yaradır və bu rəqslərin tezliyi, amplitudası və fazası müvafiq olaraq səthin həndəsəsi, siqnal sönümlənməsi və dielektrik xüsusiyyətlər haqqında məlumat daşıya bilər.

Birbaşa və əks olunan siqnalın interferensiyası

Mənbə GNSS qəbuledicisinin müşahidə etdiyi siqnal-küy nisbətini Tənlik (1a) ilə ifadə edir:

\[ \mathrm{SNR}(\theta)= \frac{|\widetilde{S}(\theta)|^2} {|\widetilde{N}(\theta)|^2} \tag{1a} \]

\(\theta\) peykin yüksəklik bucağıdır. \(\widetilde{S}\) qəbulediciyə çatan ümumi kompleks siqnalı, \(\widetilde{N}\) isə küy komponentini göstərir.

Ümumi qəbul olunan siqnal gücündə birbaşa və əks olunan sahələrin interferensiyası mənbədə belə açılır:

\[ |\widetilde{S}(\theta)|^2 = |\widetilde{S}_d(\theta)+\widetilde{S}_r(\theta)|^2 = A_d^2(\theta)+A_r^2(\theta) + 2A_d(\theta)A_r(\theta)\cos(\Delta\phi) \tag{1b} \]

\(A_d\) birbaşa siqnal amplitudası, \(A_r\) isə əks olunan siqnal amplitudasıdır. Son termindəki \(\cos(\Delta\phi)\) SNR-nin peyk hərəkəti zamanı niyə periodik şəkildə artıb-azaldığını göstərir.

Faza fərqi mənbədə:

\[ \Delta\phi = \frac{2\pi}{\lambda}(R_1-R_2) = \frac{2\pi}{\lambda}\,2(h_a-h_v)\sin\theta \tag{1c} \]

şəklində verilir. \(\lambda\) daşıyıcı dalğa uzunluğu, \(h_a\) antenanın yerdən hündürlüyü, \(h_v\) isə bitki örtüyünün effektiv faza mərkəzi hündürlüyüdür. \(R_1-R_2\) birbaşa və əks olunan yollar arasındakı həndəsi yol fərqini ifadə edir.

Tənliyin əsas nəticəsi budur: antenna ilə effektiv əks etdirici faza mərkəzi arasındakı hündürlük fərqi artdıqca peykin yüksəklik bucağından asılı faza dəyişməsi də dəyişir. Buna görə SNR rəqs tezliyi həndəsi hündürlük məlumatına çevrilə bilər.

Niyə yalnız 5°–30° yüksəklik bucaqlarından istifadə edildi?

Peyk göydə yüksəldikcə birbaşa və əks olunan siqnal yolları arasındakı həndəsi fərq azalır. Bu halda multipath interferensiya rəqslərinin amplitudası və ayrılma qabiliyyəti azalır. Mənbə 5°–30° intervalında interferensiya imzasının daha aydın olduğunu göstərmiş və bu intervaldan kənardakı SNR dəyərlərini maskalamışdır.

Aşağı yüksəklik bucaqlarında əks olunan siqnalın qəbulediciyə çatmasını təmin edən səth sahəsi birinci Fresnel zonası ilə təqribən təmsil olunur. Mənbə yarımoxları və əks olunma nöqtəsinin antenaya məsafəsini:

\[ a= \frac{\sqrt{\lambda h_a\sin\theta}} {(\sin\theta)^2} \tag{2a} \]

\[ b= \frac{\sqrt{\lambda h_a\sin\theta}} {\sin\theta} \tag{2b} \]

\[ d= \frac{h_a}{\tan\theta} \tag{2c} \]

əlaqələri ilə verir. \(a\) və \(b\) Fresnel ellipsinin təxmini yarımoxlarını, \(d\) isə əks olunma nöqtəsinin antenaya üfüqi məsafəsini göstərir.

Tədqiqatdakı bütün uyğun peyk izləri birlikdə qiymətləndirildikdə GNSS-IR-nin hər sahə kampaniyasında təxminən 5000 m² tarla sahəsindən əks olunma məlumatı aldığı hesablanmışdır. Bu footprint nöqtəvi torpaq zondu və ya tək xətkeş ölçməsindən xeyli geniş sahəni təmsil edir; lakin sahə daxilindəki heterogenlik də ölçmə qeyri-müəyyənliyinin bir hissəsinə çevrilir.

Sahə və fenoloji kontekst

Təcrübə sahəsi İtaliyanın şimal-qərbində, Piedmont bölgəsinin Pogliola ərazisində yerləşən 2 hektarlıq daimi çoxnövlü çəmənlikdir. Bitki örtüyü əsasən Gramineae və Leguminosae növlərindən ibarətdir. 2025-ci ildə sahə 20 may, 8 iyul və 13 avqust tarixlərində biçilib, 15 sentyabrda isə otarılıb.

Sentinel-2 niyə istifadə edildi?

Sentinel-2 məlumatı GNSS-IR modelinin giriş məlumatı deyil. Tədqiqat GNSS-IR rəqs amplitudasının mövsümi örtük sıxlığı dəyişməsinə həssas olub-olmadığını müstəqil müşahidə ilə qiymətləndirmək üçün NDVI-dən istifadə etmişdir.

1 aprel–1 oktyabr dövründən ümumilikdə 90 Sentinel-2 Level-2A Harmonized təsviri Google Earth Engine-də emal edilmiş, bulud/cirrus/kölgə pikselləri Scene Classification Layer ilə çıxarılmışdır. Hər etibarlı tarixdə 10 m NIR və qırmızı zolaqlardan NDVI hesablanmış və dörd GNSS kampaniyası üçün sahə medianı götürülmüşdür.

NDVI bu tədqiqatda biokütlənin və ya Leaf Area Index-in birbaşa kəmiyyət ölçüsü deyil. Mənbə NDVI-ni yalnız yaşıl bitki örtüyü və örtük sıxlığındakı mövsümi dəyişmələri təmsil edən nisbi proxy kimi şərh etmişdir.

Yerüstü istinadlar

Torpaq rütubəti üçün Drill & Drop Bluetooth kapasitiv sensoru 10 cm dərinliyə basdırılmış və həcm üzrə su miqdarı saatlıq qeydə alınmışdır. GNSS kampaniya günlərində 08:00–14:00 arasındakı SMC dəyərlərinin ortası hesablanmışdır.

Örtük hündürlüyü \(h_v\) isə GNSS antenası ətrafındakı yeddi nöqtədə yerə şaquli saxlanılan xətkeşlə ölçülmüşdür. Yer ölçmələrinin orta qiyməti və standart sapması hesablanmışdır.

SNR-dən dSNR-yə

Xam SNR zaman sırası yalnız əks olunan siqnalı ehtiva etmir. Antenanın gain pattern-i və atmosfer təsirləri səbəbindən birbaşa siqnal peyk yüksəldikcə hamar trend yaradır. Mənbə bu aşağı tezlikli deterministik trendi \(\sin\theta\) müstəqil dəyişəninə görə ikinci dərəcəli model ilə çıxararaq ortalaması sıfıra yaxın trenddən təmizlənmiş SNR (dSNR) sırası yaratmışdır.

Bu əməliyyatdan sonra dSNR-dəki müntəzəm rəqslər əsasən səthdən əks olunan koherent komponentin həndəsi və elektromaqnit təsirlərini daşıyır.

GNSS-IR bitki hündürlüyünü necə qiymətləndirir?

GNSS-IR bitki hündürlüyünü birbaşa vizual ölçmür; dSNR rəqslərinin \(\sin\theta\)-ya görə dominant tezliyini Lomb–Scargle periodogramı ilə müəyyən edir, bu tezliyi antena ilə effektiv əks etdirici faza mərkəzi arasındakı reflektor hündürlüyünə çevirir və reflektor hündürlüyünü antena hündürlüyündən çıxaraq örtük faza mərkəzi hündürlüyü \(h_v\)-ni əldə edir.

Lomb–Scargle periodogramı

Mənbə dSNR sırasının \(\sin\theta\)-ya görə harmonik tərkibini Lomb–Scargle periodogramı ilə təhlil edir. İstifadə olunan əsas matris forması:

\[ P(\omega)=0.5\,\beta(\omega)^{T}\beta(\omega) \tag{3a} \]

\[ \beta(\omega) = \left[X(\omega)^TX(\omega)\right]^{-1} X(\omega)^Ty \tag{3b} \]

və:

\[ X(\omega)= \begin{bmatrix} \cos(\omega\sin\theta_1) & \sin(\omega\sin\theta_1)\\ \vdots & \vdots\\ \cos(\omega\sin\theta_n) & \sin(\omega\sin\theta_n) \end{bmatrix} \tag{3c} \]

şəklindədir. \(y\) dSNR müşahidələrini, \(n\) zaman sırasındakı müşahidə sayını, \(\omega=2\pi f\) isə bucaq spektral dəyişənini ifadə edir.

Buradakı \(f\) zamana görə Hertz ilə tezlik deyil. Mənbə bunu \(\sin\theta\) vahidi başına rəqs dövrü kimi müəyyən edir. Axtarış intervalı 0.1–50 cycles per unit of \(\sin\theta\), addım isə 0.01-dir.

Dominant tezlikdən örtük hündürlüyünə

Mənbə Tənlik (4a)-nı çap edilmiş formada belə verir:

\[ f= \frac{\partial\Delta\phi}{\partial t} \frac{1}{2\pi} \simeq \frac{2RH}{\lambda} \tag{4a} \]

Mənbə notasiya qeydi: Eyni bölmədə \(f\) \(\sin\theta\) vahidi başına rəqs tezliyi kimi müəyyən edilsə də, Tənlik (4a)-dakı törəmə dəyişəni mənbə PDF-də \(t\) kimi çap olunub. Verianla bu ifadəni mənbədə yazılmayan başqa dəyişənlə səssiz şəkildə dəyişdirmir.

Tezlik əldə edildikdə reflektor hündürlüyü:

\[ RH=\frac{f\lambda}{2} \tag{4b} \]

və bitki faza mərkəzi hündürlüyü:

\[ h_v=h_a-RH \tag{4c} \]

kimi hesablanır.

\(h_a\) antenanın yerdən hündürlüyü olan 2 m-dir. \(RH\) antena ilə effektiv əks etdirici faza mərkəzi arasındakı məsafəni, \(h_v\) isə bu faza mərkəzinin yer üzərindəki hündürlüyünü göstərir.

Keyfiyyətə nəzarət

Filtrləmədən sonra başlanğıcda kampaniya başına təxminən 100 iz olmasına baxmayaraq ümumi peyk izlərinin %8-dən azı yekun modelləşdirməyə qalmışdır. Bu, qalan məlumatların keyfiyyətini və fiziki şərh edilə bilməsini artırsa da, mürəkkəb səpilmə şəraitinin təmsil olunması baxımından seçim effekti yarada bilər.

Qeyri-xətti dSNR modeli

Dominant həndəsi tezlik və \(h_v\) müəyyən edildikdən sonra mənbə rəqs amplitudasını dielektrik fazadan ayırmaq üçün ikinci mərhələdə qeyri-xətti harmonik modeldən istifadə etmişdir:

\[ dSNR(\theta) = A(\theta) \cos \left[ \phi_{geom}(\theta)+\phi_{die}(\theta) \right] \tag{5a} \]

Modelin tətbiq olunan forması:

\[ dSNR(\theta) = A_0e^{m_0\sin\theta} \cos \left[ \frac{4\pi}{\lambda}(h_a-h_v)\sin\theta+\phi_0 \right] \tag{5b} \]

şəklindədir.

\(A_0\) əsas amplituda miqyası, \(m_0\) yüksəklik bucağından asılı amplituda sönümlənməsini, \(\phi_0\) isə əks etdirici mühitin dielektrik davranışı ilə əlaqəli təxminən sabit faza sürüşməsini ifadə edir. \(h_v\) bu mərhələdə sərbəst şəkildə yenidən optimallaşdırılmamış, əvvəlki Lomb–Scargle tezlik təhlilindən əldə edilən həndəsi məlumat sabit saxlanılmışdır.

Qeyri-xətti fit R mühitində `minpack.lm` paketindəki `nlsLM` funksiyası ilə, sərhədli ən kiçik kvadratlar Levenberg–Marquardt alqoritmi istifadə edilərək aparılmışdır. Başlanğıc amplituda müşahidə olunan maksimum dSNR dəyərinə, \(m_0=-0.1\)-ə, \(\phi_0=0\)-a təyin edilmişdir. Sərhədlər \(A>0\), \(m\le0\) və \(\phi\in[-\pi,\pi]\) formasındadır.

Əks olunan sahənin fiziki modeli

Mənbə koherent və inkoherent əks olunmanı:

\[ \widetilde{S}_r(\theta) = |\Gamma(\theta,\widetilde{\varepsilon})| e^{j\,\angle[\Gamma(\theta,\widetilde{\varepsilon})]} + \widetilde{S}_{incoh} \tag{5c} \]

ilə izah edir.

\(\Gamma\) torpaq–bitki mühitinin effektiv kompleks permitivliyindən \(\widetilde{\varepsilon}\) asılı Fresnel əmsalıdır. Təsadüfi istiqamətlənmiş yarpaq, gövdə, boşluq və rütubət heterogenliklərinin yaratdığı \(\widetilde{S}_{incoh}\) komponenti deterministik rəqs yaratmaq əvəzinə küy fonunu yüksəldir.

Buna görə dSNR-nin mənalı harmonik komponenti əks olunan sahənin bütövlükdə deyil, kifayət qədər koherent qalan hissəsinin birbaşa siqnalla interferensiyasının müşahidə edilən nəticəsidir.

Faza mərkəzi niyə real bitki zirvəsindən aşağıda ola bilər?

Çəmənlik və ya tarla örtüyü mikrodalğa baxımından tək sərt səth deyil. Yarpaq və gövdələr müxtəlif hündürlüklərdə səpilmə yaradır. Mənbə bu paylanmış quruluşu:

\[ \widetilde{S}_r(\theta) = \int_{z_0}^{z_0+h_{top}} F_v(z,\theta)e^{ikz}\,dz \tag{6} \]

ilə ifadə edir.

\(F_v(z,\theta)\) örtüyün şaquli reflektivlik profilidir; \(z_0\) yer səviyyəsi, \(h_{top}\) fiziki örtük hündürlüyü və \(k=4\pi/\lambda\) dalğa ədədidir.

Bu paylanmanın faza mərkəzi:

\[ PCH(\theta)= \frac{ \int_{z_0}^{z_0+h_{top}} z\,F_v(z,\theta)\,dz }{ \int_{z_0}^{z_0+h_{top}} F_v(z,\theta)\,dz } \tag{7} \]

kimi müəyyən edilir.

Tənlik (7) GNSS-IR-nin niyə xətkeşlə ölçülən ən yüksək yarpaq səviyyəsini mütləq vermədiyini izah edir. Daha dərin bitki qatlarında sönümlənmə və səpilmə artdığından koherent əks olunmanın ağırlıq mərkəzi fiziki örtük zirvəsindən aşağıda yerləşə bilər. Tədqiqatda müşahidə olunan mənfi hündürlük biası bu faza-mərkəzi davranışı ilə əlaqələndirilmişdir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Məlumat toplama və doğrulama zənciri

Örtük hündürlüyü nəticəsi

Hündürlük qiymətləndirmələri xüsusilə iyun–iyul dövründə daha yüksək, avqust–sentyabr dövründə isə biçindən sonra daha aşağı örtük şəraitini izləmişdir. Mənbə iyun–iyul dövründə bitki hündürlüyünün təxminən 50 cm olduğunu, sonrakı biçin dövrlərinin isə həm hündürlük, həm də NDVI dəyərlərini azaltdığını müzakirə edir.

Örtük sıxlığı və dSNR amplitudası

Sentinel-2 NDVI ilə θ = 15° üçün hesablanan dSNR model amplitudası arasında:

r = −0.81

əlaqə tapılmışdır.

Mənfi işarə bitki örtüyü sıxlaşdıqca dSNR rəqs amplitudasının azaldığını göstərir. Mənbənin fiziki şərhi artan yarpaq sahəsi, biokütlə və su tərkibinin L-band koherent əks olunmasını zəiflətməsidir.

Bu tapıntı NDVI-nin GNSS-IR tərəfindən qiymətləndirildiyi demək deyil. NDVI yalnız GNSS-IR amplituda parametrinin bitki örtüyünün inkişafına həssas olub-olmadığını qiymətləndirən müstəqil proxy-dir.

Torpaq rütubəti və dielektrik faza

Yer ölçməsi soil moisture content (SMC) ilə \(|\phi_{die}|\) arasında:

r = 0.86

müsbət əlaqə tapılmışdır.

Torpağın su tərkibi artdıqca torpaq–bitki mühitinin kompleks permitivliyi dəyişdiyindən Fresnel əks olunma əmsalının fazası da dəyişə bilər. Buna görə mənbə \(\phi_0\) parametrini rütubətdən qaynaqlanan dielektrik dəyişikliklərə həssas müşahidə edilən göstərici kimi şərh edir.

GNSS-IR bu tədqiqatda bitki quruluşu ilə torpaq rütubətini tam olaraq bir-birindən ayıra bilirmi?

Xeyr. Tədqiqat örtük hündürlüyü, dSNR amplituda sönümlənməsi və dielektrik fazanın müvafiq olaraq quruluş, örtük sıxlığı və rütubət dəyişmələrinə müxtəlif həssaslıqlar göstərdiyini dəstəkləyir; lakin əks olunan GNSS siqnalı torpaq və bitki örtüyünün birlikdə yaratdığı elektromaqnit mühitdən gəldiyinə görə struktur və dielektrik töhfələr bu məlumat dəstində tam və dəqiq şəkildə ayrılmamışdır.

Üç GNSS-IR müşahidə ediləninin tamamlayıcı mənası

Bu cədvəl üç parametrin tamamilə müstəqil fiziki ölçmələr olduğu demək deyil. Eyni əks olunma prosesində həndəsə, örtük sıxlığı, su tərkibi və səpilmə quruluşu bir-birinə təsir göstərə bilər. Mənbənin nəticəsi müxtəlif GNSS-IR parametrlərinin müxtəlif fiziki komponentlərə üstün həssaslıq göstərməsidir; tam separation hələ əldə edilməmişdir.

Torpaq rütubəti nəticələrində metod–nəticə uyğunsuzluğu

Metod bölməsi NDVI və SMC-ni birbaşa retrieval hədəfi kimi müəyyən etmir və bu iki istinadla əlaqənin yalnız Pearson korrelyasiyası əsasında qiymətləndiriləcəyini bildirir. Buna baxmayaraq nəticələr bölməsində SMC üçün əlavə olaraq “ME = −5.3” və “MAPE = %21” yazılmışdır.

Mənbə \(\phi_{die}\) ilə SMC arasında birbaşa SMC qiymətləndirilməsinin necə əldə edildiyini və bu iki xəta metrikinin hansı hesablama zəncirindən yarandığını metod bölməsində izah etmir. Buna görə Verianla bu iki rəqəmi təsdiqlənmiş “GNSS-IR soil-moisture retrieval error” metrikası kimi istifadə etmir. Etibarlı şəkildə dəstəklənən kəmiyyət əlaqəsi Pearson \(r=0.86\)-dır.

Korrelyasiyaların statistik sərhədi

Bütün əsas korrelyasiyalar yalnız dörd sahə kampaniyasının aqreqasiya olunmuş dəyərlərinə əsaslanır: \(n=4\). Buna görə mənbə korrelyasiyaların ciddi statistik ümumiləşdirmələr kimi deyil, fiziki əlaqələrin göstəricisi kimi şərh edilməli olduğunu açıq şəkildə bildirir.

Dörd tarix eyni şəraitin təsadüfi seçilmiş təkrarları deyil; biçindən əvvəl və biçindən sonra fərqli fenoloji rejimləri təmsil edir. Bu müxtəliflik üsulun fərqli sahə vəziyyətlərinə reaksiya verdiyini göstərməyə kömək etsə də, nümunə sayını artırmır.

Filtrləmə və selection bias

Keyfiyyət filtrləri SNR-də fiziki baxımdan şərh edilə bilən koherent multipath rəqsi olan izləri seçir. Bu yanaşma küylü və qeyri-sabit həlləri azaldır.

Digər tərəfdən heterogen örtük, mürəkkəb əks olunma həndəsəsi və ya daha sürətlə dəyişən rütubət şəraitinin model fərziyyələrinə daha az uyğun gələn peyk izləri məlumat dəstindən daha tez-tez çıxarıla bilər. Müəlliflər buna görə yekun izlərin bütün sahə şəraitinin qərəzsiz nümunəsi deyil, modelin ən aydın işlədiyi müşahidələr olduğunu bildirir.

Lomb–Scargle hündürlüyündə mənfi bias

Lomb–Scargle periodogramı bərabər aralıqlı olmayan SNR nümunələrində dominant rəqs tezliyini tapmaq üçün güclü alətdir; lakin sonlu peyk bucaq pəncərəsi spectral leakage yarada bilər. Əlavə əks olunma yolları da əsas periodogram zirvəsinə təsir göstərə bilər.

Mənbə bu təsirlərin dominant tezliyi bir qədər aşağı sürüşdürə biləcəyini və bunun reflektor hündürlüyünün qiymətləndirilməsində bias kimi əks oluna biləcəyini müzakirə edir. Bundan əlavə əsas fiziki səbəblərdən biri örtüyün həcm səpələyicisi olmasıdır: faza mərkəzi fiziki üst səthdən aşağıdadır.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

Tədqiqat dörd fərqli fenoloji sahə şəraitində GNSS-IR dSNR siqnalının örtük quruluşu və rütubətlə əlaqəli sistematik dəyişikliklər daşıdığını dəstəkləyir.

Tədqiqat Lomb–Scargle əsaslı GNSS-IR reflektor hündürlüyünün çəmənlik örtüyündə hündürlük dəyişməsini izləyə bildiyini və xətkeş istinadı ilə güclü əlaqə göstərdiyini dəstəkləyir.

Tədqiqat dSNR amplituda sönümlənməsinin mövsümi örtük sıxlığı/NDVI dəyişməsinə, dielektrik faza parametrinin isə sahə rütubət dəyişmələrinə həssas olduğunu dəstəkləyir.

Tədqiqat GNSS-IR-nin bir müşahidə infrastrukturundan bir neçə kənd təsərrüfatı biofiziki məlumat kanalı çıxarma potensialına malik olduğunu dəstəkləyir.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi nəticələr

Tədqiqat GNSS-IR-nin bütün məhsul növlərində %18 örtük hündürlüyü xətası ilə işləyəcəyini göstərmir.

Tədqiqat \(\phi_{die}\)-nin bitki örtüyü təsirindən tam təmizlənmiş saf torpaq rütubəti ölçməsi olduğunu göstərmir.

Tədqiqat tarla suvarmasının avtomatik olaraq GNSS-IR ilə idarə edildiyini və ya su sərfiyyatının azaldıldığını göstərmir.

Tədqiqat aşağı qiymətli smartfon GNSS sistemlərinin eyni performansı verdiyini göstərmir; smartfon istifadəsi gələcək tədqiqat istiqamətidir.

Tədqiqat qarğıdalı, buğda, soya və ya başqa tarla bitkilərində eyni əlaqələrin təsdiqləndiyini göstərmir.

Əsas məhdudiyyətlər

Gələcək tədqiqat istiqamətləri

Mənbə daha sıx zaman nümunələməsi, daha çox sahə, fərqli məhsul arxitekturaları və heterogen şəraitdə doğrulama təklif edir. Xüsusilə maize, wheat və soybean gələcəkdə sınaqdan keçirilməsi planlaşdırılan məhsullar arasında qeyd olunur.

Daha çevik multi-frequency və ya time-varying harmonic modellər, robust regression yanaşmaları və örtük heterogenliyini birbaşa nəzərə alan fiziki scattering modelləri daha çox GNSS izini itirmədən parametr əldə etmək üçün araşdırıla bilər.

Aşağı qiymətli iki tezlikli GNSS qəbulediciləri və smartfon sensorları da gələcək miqyaslana bilən tətbiq yolları sırasında göstərilmişdir. Bu potensial mövcud tədqiqatın sınaqdan keçirilmiş nəticəsi deyil, müəlliflərin gələcək inkişaf istiqamətidir.

Mənbə və Metod Qeydi

Orijinal başlıq: Monitoring Crop Structure and Moisture Using GNSS Interferometric Reflectometry Based on SNR Modeling

Müəlliflər: Samuele De Petris; Enrico Borgogno-Mondino

Yazışma müəllifi: Enrico Borgogno-Mondino

Qurum: Department of Agriculture, Forestry and Food Science, University of Turin, Grugliasco, Italy.

Jurnal: Agronomy

Nəşriyyat: MDPI

Cild / Say / Məqalə: 16 / 9 / 922

DOI: 10.3390/agronomy16090922

Tarixlər: Alındı: 25 mart 2026; yenidən baxıldı: 27 aprel 2026; qəbul edildi: 29 aprel 2026; yayımlandı: 1 may 2026.

Mənbə növü: Hakemli eksperimental tədqiqat məqaləsi; sahə GNSS ölçməsi, mikrodalğa interferometrik reflektometriya, spektral təhlil və qeyri-xətti siqnal modelləşdirməsi.

Versiya: Version of Record.

Lisenziya: Creative Commons Attribution (CC BY). PDF-in görünən lisenziya mətnində versiya nömrəsi ayrıca göstərilmədiyi üçün lisenziya versiyası təxmin edilməmişdir.

Əsas sahə: Pogliola, Piedmont, İtaliyanın şimal-qərbi; 2 ha daimi çoxnövlü çəmənlik.

GNSS qəbuledicisi: Topcon HiPer Pro; GPS və GLONASS; L1/L2; anten hündürlüyü 2 m; 1 Hz.

GNSS kampaniyaları: 1 iyun, 4 iyul, 2 avqust və 7 sentyabr 2025.

Optik köməkçi məlumat: Copernicus Sentinel-2 Level-2A Harmonized; 90 təsvir; 1 aprel–1 oktyabr 2025; Google Earth Engine.

Torpaq rütubəti istinadı: Drill & Drop Bluetooth kapasitiv sensor; 10 cm dərinlik; saatlıq volumetric water content.

Örtük hündürlüyü istinadı: GNSS antenası ətrafında yeddi nöqtədə əl ilə xətkeş ölçməsi.

Əsas siqnal emalı: Ascending/descending peyk yayı ayrılması; 5°–30° elevation mask; quadratic detrending; Lomb–Scargle periodogramı; nonlinear harmonic regression.

LSP tezlik intervalı: 0.1–50 cycles per unit of sin θ; addım = 0.01.

Keyfiyyət filtrləri: P2N > 3 dB-Hz; Δθ > 15°; 0.05 m < h_v < 2 m; nonlinear model R² > 0.6.

Qeyri-xətti fit: R `nlsLM`, `minpack.lm`; bounded least-squares Levenberg–Marquardt.

Əsas nəticələr: Örtük hündürlüyü r = 0.89, ME = −0.067 m, MAPE = %18; NDVI ilə dSNR amplitudası r = −0.81; SMC ilə mütləq dielektrik faza r = 0.86.

Statistik nümunə məhdudiyyəti: Əsas müqayisələr dörd kampaniyanın aqreqasiya olunmuş dəyərlərinə əsaslanır, n = 4.

Maliyyələşdirmə: Tədqiqat xarici maliyyələşdirmə almamışdır.

Məlumatların əlçatanlığı: Məlumatların tələb əsasında təqdim ediləcəyi bildirilmişdir.

Əlavə material: Table S1 hər keyfiyyətə nəzarət mərhələsindən sonra qalan peyk izi saylarını ehtiva edir.

Maraqların toqquşması: Müəlliflər maraqların toqquşması olmadığını bildirmişdir.

Müəllif töhfələri: Samuele De Petris konseptuallaşdırma, metod, proqram təminatı, doğrulama, formal təhlil, məlumatların kurasiyası, ilkin mətn və vizuallaşdırma rollarını yerinə yetirmişdir. Tədqiqat və resurslar hər iki müəllif tərəfindən paylaşılmışdır. Enrico Borgogno-Mondino məsləhətçilik, layihə idarəetməsi və maliyyələşdirmənin əldə edilməsi rollarını üzərinə götürmüş; hər iki müəllif nəzərdən keçirmə və redaktəyə töhfə vermişdir.

Mənbə daxilində notasiya xəbərdarlığı: Mətn Lomb–Scargle spektral dəyişənini sin θ başına rəqs dövrü kimi müəyyən etsə də, Tənlik (4a)-da törəmə dəyişəni t kimi çap olunmuşdur. Bu ifadə Verianla tərəfindən səssiz şəkildə dəyişdirilməmişdir.

Mənbə daxilində metod/nəticə xəbərdarlığı: Metod bölməsi soil moisture və NDVI müqayisələrində yalnız Pearson r istifadə ediləcəyini bildirsə də, nəticələr bölməsində soil moisture üçün əlavə olaraq ME = −5.3 və MAPE = %21 verilir. Bu xəta metriklərinin necə əldə edildiyi izah edilmədiyi üçün müstəqil rütubət retrieval performansı kimi istifadə olunmamışdır.

Əsas metodoloji məhdudiyyət: Tək sahə, tək örtük tipi, dörd kampaniya, seyrək yerüstü istinadlar və sərt keyfiyyət filtrləri səbəbindən nəticələr əməliyyat xarakterli çoxməhsullu kənd təsərrüfatı sistemi üçün yekun kalibrləmə deyil.

Əsas elmi şərh sərhədi: Tədqiqat GNSS-IR müşahidə edilənlərinin bitki quruluşu və dielektrik/rütubət dəyişmələrinə fərqli həssaslıq göstərdiyini dəstəkləyir; bu iki fiziki töhfənin tam şəkildə bir-birindən ayrıldığını göstərmir.