月表散射对月壤亮度温度影响的研究及微波探测仪数据处理
发布时间：2020-11-11 23:23
探测月壤厚度是嫦娥一号月球探测卫星要实现的科学目标之一,月壤中含有丰富的氦-3等可利用的资源,进行月壤厚度探测对月球资源的勘探、开发和利用,尤其是评估氦-3资源量和分布具有重要意义。 实现月壤厚度探测的有效载荷是微波探测仪,主要通过多通道微波辐射接收机接收来自月球表层不同深度月壤和月岩的微波辐射能量,由此推算其不同深度的亮度温度,进而由亮温反演出月壤厚度。我国利用微波辐射计对月球探测在国际上尚属首次。 为了有效的反演月壤厚度信息,本文在月壤分层结构的基础上,分析了月表粗糙度对月壤辐射微波亮度温度的影响;微波探测仪在轨运行后,为了监测探测仪下传数据的有效性,本文还编写并优化了微波探测仪数据处理程序。 月球表层可近似视为由月壤和月岩组成的双层结构。要对月球进行微波辐射探测,首先需要了解月壤和月岩的电磁散射和辐射特性。反演月壤厚度信息需要建立科学的月壤亮温辐射模型,本文主要介绍了两种亮温模型:半空间具有温度和介电常数分布廓线的非均匀的微波辐射模型和多层月壤月岩的微波辐射模型。 本文忽略月壤颗粒散射作用,选用一层月壤亮度温度模型。由于微波探测仪的观测角为0 ,因此利用Kirchhoff近似下双站散射的几何光学解求解了月表发射率,建立了月壤亮温与月表坡度之间的关系,进而分析了月表粗糙度对月壤亮度温度的影响。 最后本文依据工程要求,利用MATLAB编写了微波探测仪数据处理程序,以便及时判断微波探测仪的在轨工作情况。另外,为了提高程序处理大批量卫星数据的效率,本文还提出对程序进行优化的方法。
【学位单位】：中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：P184.5
【部分图文】：
月球的次表层信息，获得月球在黑夜的信息。而且，月球微波辐射信息的获取具有重大的科学价值，又利于我国在月球探测中做出有特色的工作。一般说来，微波对各种地物的穿透深度因波长和物质不同有很大差异，波长越长，穿透能力越强。物质的复介电常数越小，尤其是损耗越小，穿透深度越深。下面简单介绍微波辐射计探测月壤厚度的原理。利用分层介质电磁辐射模型可以分析月壤的微波辐射特性。如图 2.1 和图 2.2所示，微波从月壤介质层进入自由空间，每层的特性由每层介质的复介电常数ε和厚度d 描述。当微波入射到介质时，一部分被反射，而另一部分进入介质继续传播。根据 Apinib 和 Peoke 的计算得：(1 )(1 ) /(1 ) 2 cos 2i i ie r Ar Ar r Ar r dω ω ω= + + β (2.1)式中：ir 为真空到表层的反射系数， rω为表层月壤到基岩的反射系数，β 为相位常数，d 为月壤厚度， A为衰减系数。
图 2.2 月壤和基岩对月球微波辐射计的亮温贡献由（2.1）式可以看出月壤的辐射率e与其厚度d 有着较复杂的函数关系。因此，微波辐射计测量出的亮温BT 值与月壤厚度值也有着复杂的关系，所以为了反演月壤厚度，必须首先建立月壤亮度温度模型。这也是本文所要讨论的重点问题。微波辐射在月壤中的穿透和传播是一个十分复杂的过程，微波辐射计接收到的亮度温度至少应该包括三个部分的贡献：（1）基岩发射的微波辐射穿过月壤层并被辐射计接收；（2）月壤向上发射的微波辐射被辐射计接收；（3）月壤向下发射的微波辐射被月壤或基岩层散射或反射，并穿透月壤层被辐射计接收。要建立科学合理的月壤亮度温度模型，需要考虑的因素也将比（2.1）式更为复杂，因此，本文将在接下来的第三章将介绍月壤的各特性对微波辐射的影响。
29图 3.1 基于雷达和近红外光谱数据得到的月球正面月壤厚度分布图3.2 月壤的微波辐射特性3.2.1 月壤垂直结构微波探测仪测量的是月球表面的微波辐射强度，输出参数为亮度温度。亮度温度是物理温度和发射率的函数。决定月壤发射率的主要参数是月壤介质的复介
【相似文献】
本文编号：2879901
【学位单位】：中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：P184.5
【部分图文】：
月球的次表层信息，获得月球在黑夜的信息。而且，月球微波辐射信息的获取具有重大的科学价值，又利于我国在月球探测中做出有特色的工作。一般说来，微波对各种地物的穿透深度因波长和物质不同有很大差异，波长越长，穿透能力越强。物质的复介电常数越小，尤其是损耗越小，穿透深度越深。下面简单介绍微波辐射计探测月壤厚度的原理。利用分层介质电磁辐射模型可以分析月壤的微波辐射特性。如图 2.1 和图 2.2所示，微波从月壤介质层进入自由空间，每层的特性由每层介质的复介电常数ε和厚度d 描述。当微波入射到介质时，一部分被反射，而另一部分进入介质继续传播。根据 Apinib 和 Peoke 的计算得：(1 )(1 ) /(1 ) 2 cos 2i i ie r Ar Ar r Ar r dω ω ω= + + β (2.1)式中：ir 为真空到表层的反射系数， rω为表层月壤到基岩的反射系数，β 为相位常数，d 为月壤厚度， A为衰减系数。
图 2.2 月壤和基岩对月球微波辐射计的亮温贡献由（2.1）式可以看出月壤的辐射率e与其厚度d 有着较复杂的函数关系。因此，微波辐射计测量出的亮温BT 值与月壤厚度值也有着复杂的关系，所以为了反演月壤厚度，必须首先建立月壤亮度温度模型。这也是本文所要讨论的重点问题。微波辐射在月壤中的穿透和传播是一个十分复杂的过程，微波辐射计接收到的亮度温度至少应该包括三个部分的贡献：（1）基岩发射的微波辐射穿过月壤层并被辐射计接收；（2）月壤向上发射的微波辐射被辐射计接收；（3）月壤向下发射的微波辐射被月壤或基岩层散射或反射，并穿透月壤层被辐射计接收。要建立科学合理的月壤亮度温度模型，需要考虑的因素也将比（2.1）式更为复杂，因此，本文将在接下来的第三章将介绍月壤的各特性对微波辐射的影响。
29图 3.1 基于雷达和近红外光谱数据得到的月球正面月壤厚度分布图3.2 月壤的微波辐射特性3.2.1 月壤垂直结构微波探测仪测量的是月球表面的微波辐射强度，输出参数为亮度温度。亮度温度是物理温度和发射率的函数。决定月壤发射率的主要参数是月壤介质的复介
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本文编号：2879901
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