摘要:土壤體積含水率監(jiān)測對提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和制定合理土壤管理措施具有重要意義,。超寬帶雷達由于其高距離分辨率,、強穿透能力在農(nóng)業(yè)土壤動態(tài)信息實時監(jiān)測中得到廣泛應用,。但以往對超寬帶雷達信號的處理主要關注時域特征,忽略了同樣具有豐富信息的頻域特征,,使得回波信號在土壤體積含水率反演過程中無法得到充分利用,,限制了土壤體積含水率的反演精度,。本文基于超寬帶雷達獲取的土壤回波信號,對其進行預處理并提取與土壤體積含水率有關的回波信號,,對該信號采用短時傅里葉變換(Short-time Fourier transform, STFT),,分析與土壤體積含水率有關的回波信號隨時序變化的時頻譜特征,進而結合卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(Convolutional neural network, CNN)建立土壤體積含水率分級以及回歸預測模型,。實驗結果表明,,基于添加高斯白噪聲后的數(shù)據(jù),對于土壤體積含水率的分級,,將時頻特征和CNN模型相結合時,,分級總體精度和Kappa系數(shù)分別為98.69%和0.9849,相較于10個時域特征與植被指數(shù)NDVI(Normalized difference vegetation index)建立的支持向量機模型(Support vector machine, SVM),,分級總體精度提升21.78個百分點,,Kappa系數(shù)提高0.2515。對于土壤體積含水率的回歸預測,,將時頻特征和CNNR(Convolutional neural network regression)模型相結合時,,預測結果與真實值之間的決定系數(shù)(R2)為0.9872,均方根誤差(RMSE)為0.0048cm3/cm3,,相對分析誤差(RPD)為6.2738,,相較于10個時域特征結合植被指數(shù)NDVI建立的CNNR模型,R2提升0.2316,,RMSE降低1.3377cm3/cm3,,RPD提高4.2714。綜上,,在土壤體積含水率分級和回歸預測方面,,本文所提方法較傳統(tǒng)信號檢測處理方法具有明顯優(yōu)勢。