月壤参数的辐射传输模拟与查找反演技术研究

发布时间：2020-07-14 18:27

【摘要】： 探测月壤厚度,掌握月壤层参数及其分布特征是当前月球科学探测研究的前沿和热点之一,对月球资源的勘探、开发与利用都具有重要意义。论文依托国家“863”重大项目课题,基于辐射传输理论,建立月壤参数与微波辐射亮温之间的查找表,对月壤参数进行查找反演研究。研究中,首先详细介绍了月壤密度、介电常数、表面粗糙度、温度分布、厚度、水冰含量等参数相关模型以及研究中得到的月壤探测资料。然后,基于现有的月壤资料,改进了月壤辐射传输模型。最后,以微波辐射计数据的空间分辨率为标准,利用成像光谱仪数据计算得到微波辐射计数据每个像元的(FeO+TiO2)含量,进而计算月壤介电常数分布,利用激光高度计数据计算得到微波辐射计数据每个像元的表面有效反射率,基于月表有效反射率、月壤介电常数分布和王振占等模拟得到的月表月壤温度梯度,建立月壤厚度-亮温查找表;并根据月表微波探测数据,利用查找表进行月壤厚度反演。月壤厚度、密度、介电常数等参数信息对月球软着陆场的选择、未来月球基地的选址等都有重要意义。本文的成果对月壤成分研究、厚度分布、资源评估具有一定的参考意义。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：P184.5
【图文】：

技术路线图,月壤,致密介质,水冰

第 1 章绪论第三部分是本项研究工作的理论基础，根据月壤参数分布建立了完整月壤辐射传输模型，并对相关影响因素进行了敏感性分析。月壤水冰含量信息是当前月壤研究的热点问题之一。考虑到月壤水冰的存在会改变月壤的介电常数，论文第四部分进行了致密介质体积含水量的模拟反演研究；同时，对查找表方法进行致密介质参数反演的可行性进行物理实验研究；第五部分主要是根据不同月壤探测数据，通过辐射传输模型，建立月壤厚度－亮温查找表；并利用月壤微波探测数据进行月壤厚度反演。论文主要是利用嫦娥一号卫星所获取的相关月壤探测数据，进行相关月壤参数反演，论文的技术路线图如下

月壤,几何构造

月壤层和月岩层之间不存在截然的分界面，而是一个渐变过程，从表层月壤的细密颗粒月尘土、可达数米深的表土角砾岩、数米或数十米深的富含金属矿物元素玄武岩分层构造杂岩区至雨海盆地喷出物月岩等（图2-1）[77]。广义的月壤是指覆盖在月球基岩之上的所有月表风化物质，甚至包括直径为几米的岩石。狭义的月壤则是根据月球样品的分类来定义的，Apollo计划负责月球样品地面接收的部门在进行月球样品的分类时，把直径小于1 cm的颗粒称为狭义上的月壤；直径大于1 cm的团块作为岩石进行处理和研究，称为月岩；月尘是指月壤中直径小于1mm的颗粒。表土、角岩较大岩块玄武岩雨海盆地喷出物月岩图2-1 月壤层几何构造[75]Fig.2-1 Geometric structure of lunar regolith layer从月壤电磁特性出发，表层月尘、低耗损角砾岩与其下构造杂岩区的介电常数相差较大。因此，研究中使用的是广义月壤定义，包括表层月尘和低耗损角砾岩，厚度约为1 m至18 m左右。这层月壤是在陨石撞击、宇宙射线以及月表昼夜温差变化作用下形成的

月球表面,浮土,月壤

吉林大学博士学位论文10图2-2 月球表面的浮土层[78]Fig.2-2 Lunar regolith surface§2.1 月壤层物性参数月壤层密度、介电常数、（FeO＋TiO2）含量和水冰含量等物性参数的获取主要是基于地基雷达数据、月球探测计划数据以及对月壤样本的实测分析。通过这些方法，获得了大量的月壤实测数据，并建立了相应的月壤参数模型。2.1.1 月壤层密度月壤密度是在没有遭到破坏的自然月壤结构条件下，采取体积一定的样品称重，计算单位体积内的月壤重，以 g/cm3表示。月壤密度 = 月壤固体重量/(月壤固体体积＋月壤孔隙体积)月壤密度数据的获取主要是基于地基雷达数据和月壤样本的实测数据。根据地基射电望远镜和雷达数据，Matveev 等[24]认为月壤密度在 0 - 4 cm 的厚度范围内变化较大，在 1~2 m 之间几乎不变，在约 7-15 m 之间显著增加到固体月岩的密度。Matveev 等[24]所建立的月壤密度模型为：月表月壤密度约为 0.6 g/cm3，至 4 cm 时迅速增加到 1.6 g/cm3；但是他不认为其密度模型对整个月球表面都适用。Tikhonova 等[25]在研究中

【引证文献】