發(fā)布時(shí)間：2020-11-11 23:23

　　 探測(cè)月壤厚度是嫦娥一號(hào)月球探測(cè)衛(wèi)星要實(shí)現(xiàn)的科學(xué)目標(biāo)之一,月壤中含有豐富的氦-3等可利用的資源,進(jìn)行月壤厚度探測(cè)對(duì)月球資源的勘探、開發(fā)和利用,尤其是評(píng)估氦-3資源量和分布具有重要意義。 實(shí)現(xiàn)月壤厚度探測(cè)的有效載荷是微波探測(cè)儀,主要通過多通道微波輻射接收機(jī)接收來自月球表層不同深度月壤和月巖的微波輻射能量,由此推算其不同深度的亮度溫度,進(jìn)而由亮溫反演出月壤厚度。我國(guó)利用微波輻射計(jì)對(duì)月球探測(cè)在國(guó)際上尚屬首次。 為了有效的反演月壤厚度信息,本文在月壤分層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,分析了月表粗糙度對(duì)月壤輻射微波亮度溫度的影響;微波探測(cè)儀在軌運(yùn)行后,為了監(jiān)測(cè)探測(cè)儀下傳數(shù)據(jù)的有效性,本文還編寫并優(yōu)化了微波探測(cè)儀數(shù)據(jù)處理程序。 月球表層可近似視為由月壤和月巖組成的雙層結(jié)構(gòu)。要對(duì)月球進(jìn)行微波輻射探測(cè),首先需要了解月壤和月巖的電磁散射和輻射特性。反演月壤厚度信息需要建立科學(xué)的月壤亮溫輻射模型,本文主要介紹了兩種亮溫模型:半空間具有溫度和介電常數(shù)分布廓線的非均勻的微波輻射模型和多層月壤月巖的微波輻射模型。 本文忽略月壤顆粒散射作用,選用一層月壤亮度溫度模型。由于微波探測(cè)儀的觀測(cè)角為0 ,因此利用Kirchhoff近似下雙站散射的幾何光學(xué)解求解了月表發(fā)射率,建立了月壤亮溫與月表坡度之間的關(guān)系,進(jìn)而分析了月表粗糙度對(duì)月壤亮度溫度的影響。 最后本文依據(jù)工程要求,利用MATLAB編寫了微波探測(cè)儀數(shù)據(jù)處理程序,以便及時(shí)判斷微波探測(cè)儀的在軌工作情況。另外,為了提高程序處理大批量衛(wèi)星數(shù)據(jù)的效率,本文還提出對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化的方法。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：P184.5
【部分圖文】：

月球的次表層信息，獲得月球在黑夜的信息。而且，月球微波輻射信息的獲取具有重大的科學(xué)價(jià)值，又利于我國(guó)在月球探測(cè)中做出有特色的工作。一般說來，微波對(duì)各種地物的穿透深度因波長(zhǎng)和物質(zhì)不同有很大差異，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，穿透能力越強(qiáng)。物質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)越小，尤其是損耗越小，穿透深度越深。下面簡(jiǎn)單介紹微波輻射計(jì)探測(cè)月壤厚度的原理。利用分層介質(zhì)電磁輻射模型可以分析月壤的微波輻射特性。如圖 2.1 和圖 2.2所示，微波從月壤介質(zhì)層進(jìn)入自由空間，每層的特性由每層介質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)ε和厚度d 描述。當(dāng)微波入射到介質(zhì)時(shí)，一部分被反射，而另一部分進(jìn)入介質(zhì)繼續(xù)傳播。根據(jù) Apinib 和 Peoke 的計(jì)算得：(1 )(1 ) /(1 ) 2 cos 2i i ie r Ar Ar r Ar r dω ω ω= + + β (2.1)式中：ir 為真空到表層的反射系數(shù)， rω為表層月壤到基巖的反射系數(shù)，β 為相位常數(shù)，d 為月壤厚度， A為衰減系數(shù)。

圖 2.2 月壤和基巖對(duì)月球微波輻射計(jì)的亮溫貢獻(xiàn)由（2.1）式可以看出月壤的輻射率e與其厚度d 有著較復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系。因此，微波輻射計(jì)測(cè)量出的亮溫BT 值與月壤厚度值也有著復(fù)雜的關(guān)系，所以為了反演月壤厚度，必須首先建立月壤亮度溫度模型。這也是本文所要討論的重點(diǎn)問題。微波輻射在月壤中的穿透和傳播是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，微波輻射計(jì)接收到的亮度溫度至少應(yīng)該包括三個(gè)部分的貢獻(xiàn)：（1）基巖發(fā)射的微波輻射穿過月壤層并被輻射計(jì)接收；（2）月壤向上發(fā)射的微波輻射被輻射計(jì)接收；（3）月壤向下發(fā)射的微波輻射被月壤或基巖層散射或反射，并穿透月壤層被輻射計(jì)接收。要建立科學(xué)合理的月壤亮度溫度模型，需要考慮的因素也將比（2.1）式更為復(fù)雜，因此，本文將在接下來的第三章將介紹月壤的各特性對(duì)微波輻射的影響。

29圖 3.1 基于雷達(dá)和近紅外光譜數(shù)據(jù)得到的月球正面月壤厚度分布圖3.2 月壤的微波輻射特性3.2.1 月壤垂直結(jié)構(gòu)微波探測(cè)儀測(cè)量的是月球表面的微波輻射強(qiáng)度，輸出參數(shù)為亮度溫度。亮度溫度是物理溫度和發(fā)射率的函數(shù)。決定月壤發(fā)射率的主要參數(shù)是月壤介質(zhì)的復(fù)介
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本文編號(hào)：2879901