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土壤湿度作为陆地水循环的重要组成部分,对于农业、气候、灾害防治等方面都有着重要意义。常规的土壤湿度测量方法如湿度计法或称重测量法,虽能测得较高精度的土壤湿度,但在测量过程中,不仅破坏了土壤本身的结构,也浪费了大量的人力物力。GNSS-R技术作为土壤湿度的新兴测量方法,因具有大量免费的L波段,覆盖广泛而穿透力强,且无需特制发射源而独具优势。GNSS-R技术在土壤湿度反演的应用中,以GPS为观测星进行双天线和单天线的反演方法已相对较为成熟,但无法做到对固定区域的土壤湿度反演和监测。本文采用地球同步轨道GEO卫星进行实验,因其位置相对于接收机位置静止,卫星高度角、方位角固定,故可利用北斗GEO卫星对固定区域进行土壤湿度的反演。全天候观测时段中,土壤湿度因降雨或其他因素发生突变时,观测数据不准确进而影响最终的观测结果。针对以往实验的这种缺陷,本文提出了一种特征时段与随机时段相结合的方法进行实验,分别在雨前、雨后和土壤湿度相对稳定时进行实验数据的采集,前后共获取得到60组观测数据。接收机位置和地面反射点的实地确定直接影响到对土壤湿度真值的采集结果。本文采用GAMIT/GLOBK基线解算网平差计算得到接收机位置,精度为毫米级。采用S.C.WU算法对镜面反射点坐标进行迭代求取,并进行实地实验求得了试验区域的WGS84坐标与北京54坐标转换的七参数,通过坐标的转换得到镜面反射点的北京54坐标,转换精度为厘米级,最终确定了镜面反射点的实地位置。研究了菲涅尔原理、菲涅尔空间和地面反射模型,根据其理论,对基于北斗C01卫星土壤湿度反演的有效反演区域面积进行了求取,经求得当接收机高度为1.46m时,可对面积为22.4m2的固定区域进行反演,即当同时联合五颗GEO卫星观测时,可对固定区域范围约100m2左右进行土壤湿度反演。实验分别采用正弦拟合和光滑样条曲线拟合对多路径分量进行建模,从建模结果来看,光滑样条拟合优于正弦拟合。对正弦拟合的多路径分量,提取其幅度特征,对光滑曲线拟合的多路径分量,提取其整体平均值、极大值平均值、极小值平均值,共四个特征值,通过分析得出整体均值特征只能从一方面反映多路径分量的集中趋势,与土壤湿度的变化并无明显联系,数量级基本趋于10-2,体现了多路径分量的周期性和正负对称性。而其他三种特征值均与土壤湿度真值有着明显的线性相关关系。将其它三种特征分量分别与真实土壤湿度值进行线性拟合,三种拟合的确定系数均较接近于1,说明三种分量的线性拟合均具有较好的拟合效果。其中幅度分量的确定系数为0.9363,最接近1,故幅度分量与土壤湿度的线性拟合对于样本数据解释最有力,其次为极大值分量。