水圈在地球系统的各个圈层中占有非常重要的地位，水资源不仅是地球系统中生命存在的先决条件，也是地球系统物质、能量交换的重要载体。土壤水分在全球水资源中所占的比例很小，储存在土壤间隙中的水分仅占全球水资源的0.005％，但它是水文模型和气候模型的重要边界条件。土壤水分直接影响着地球表层与大气圈之间的热交换以及水分交换，从而对气候变化产生重要的影响。同时，在地球系统中，水与能量、碳循环之间紧密相关，对陆地表面蒸散、水的运移、碳循环有很强的控制作用。获取土壤水分的时空分布，是研究全球范围内水循环，能量平衡和气象预报的先决条件。　　 微波遥感凭借其全天时、全天候的观测能力，以及对土壤水分的高敏感性，在土壤水分的研究中得到了很高的重视。虽然被动微波辐射计相比其他微波传感器，对土壤水分具有更好的敏感性，但目前受限于空间分辨率和观测波段，很难为用户提供满意的结果。主动微波遥感技术观测的雷达后向散射系数与地表介电常数关系密切，为土壤水分的反演研究提供了可能的数据源。经过多年的发展，利用主动微波数据对土壤水分的研究虽然已经取得了长足进步，但目前仍然只能在裸露地表区域取得较好的结果。　　 近年来，随着新型的空间微波遥感器不断投入应用，对地观测模式不断创新，原来只能从单一角度进行的对地观测技术，正在向多角度观测方向发展。但是，相对于比较成熟的多角度光学遥感技术，微波遥感中的多角度信息一直没有得到有效利用。本论文正是在这样的大背景下进行选题--探索主动微波中包含的多角度信息在土壤水分研究中的应用，并把工作的重点放在两个具体传感器上——ERS上的风散射计和HJ-1C星上搭载的S波段SAR，发展适合于这两个传感器数据的土壤水分信息获取方法。　　 研究内容具体包括：　　 (1)多角度ERS散射计数据反演土壤水分研究　　 首先，利用ERS散射计前、中、后三根天线，两个入射角的特点，利用最优值解算的方法，得到半个月数据联合反演的植被覆盖率和土壤水分分布图；其次，将几何光学模型和水云模型相结合，通过总散射模型的模拟，证明了两个植被参数对土壤水分反演精度的弱影响性，并假设大尺度下地表粗糙度状况为定值的情况下，得到由单次覆盖数据反演土壤水分的方法；最后，利用地面实测数据和其他卫星数据得到的同类结果(BWI)对反演结果进行了验证。　　 (2)S波段多时相雷达数据反演土壤水分变化研究　　 首先，基于HJ-1C星上搭载SAR的系统参数，利用AIEM模型的模拟数据，发展了S波段雷达数据反演裸土土壤水分变化的方法，分析了该方法在不同波段下的适用性，并对模型中可选的土壤水分参数进行了比较分析，根据这些参数对裸土简化模型带来的误差分布情况，得到了最优的土壤水分参数形式，并利用AIEM模型模拟数据进行了点和面形式的双重验证；随后，利用光学数据得到的NDWI和NDVI，用两种不同的方法计算植被体散射，进一步发展了植被覆盖下土壤水分变化的反演方法，并利用SGP99和SMEX02试验观测的S波段后向散射系数，对反演结果进行了验证。