探測月壤厚度是嫦娥一號月球探測衛(wèi)星要實現(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,進行月壤厚度探測對月球資源的勘探、開發(fā)和利用,尤其是評估氦-3資源量和分布具有重要意義。 實現(xiàn)月壤厚度探測的有效載荷是微波探測儀,主要通過多通道微波輻射接收機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,進而由亮溫反演出月壤厚度。我國利用微波輻射計對月球探測在國際上尚屬首次。 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月壤輻射微波亮度溫度的影響;微波探測儀在軌運行后,為了監(jiān)測探測儀下傳數(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)。要對月球進行微波輻射探測,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。由于微波探測儀的觀測角為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,進而分析了月表粗糙度對月壤亮度溫度的影響。 最后本文依據(jù)工程要求,利用MATLAB編寫了微波探測儀數(shù)據(jù)處理程序,以便及時判斷微波探測儀的在軌工作情況。另外,為了提高程序處理大批量衛(wèi)星數(shù)據(jù)的效率,本文還提出對程序進行優(yōu)化的方法。
【學(xué)位單位】：中國科學(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)價值，又利于我國在月球探測中做出有特色的工作。一般說來，微波對各種地物的穿透深度因波長和物質(zhì)不同有很大差異，波長越長，穿透能力越強。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。下面簡單介紹微波輻射計探測月壤厚度的原理。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，一部分被反射，而另一部分進入介質(zhì)繼續(xù)傳播。根據(jù) Apinib 和 Peoke 的計算得：(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 月壤和基巖對月球微波輻射計的亮溫貢獻由（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，微波輻射計測量出的亮溫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問題。微波輻射在月壤中的穿透和傳播是一個十分復(fù)雜的過程，微波輻射計接收到的亮度溫度至少應(yīng)該包括三個部分的貢獻：（1）基巖發(fā)射的微波輻射穿過月壤層并被輻射計接收；（2）月壤向上發(fā)射的微波輻射被輻射計接收；（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微波輻射的影響。

29圖 3.1 基于雷達和近紅外光譜數(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)微波探測儀測量的是月球表面的微波輻射強度，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：2879901