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

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 人类探月史和我国探月的意义
• 1.2 微波遥感的特点
• 1.3 现有的微波探测技术和成果
• 1.3.1 地基微波探月
• 1.3.2 地基单站雷达探月
• 1.3.3 准地基双站雷达探月
• 1.3.4 在轨微波探月
• 1.4 文章结构与内容
• 第二章 微波辐射测量
• 2.1 微波辐射计探测原理
• 2.2 辐射传递理论
• 2.3 分界平面上电磁波的传输特性
• 2.3.1 平行分界面上电磁波的传输特性
• 2.3.2 多层各相同性媒质中电磁波的传输特性
• 2.4 CE-1 微波探测仪总体设计方案
• 第三章 月壤的微波辐射特性
• 3.1 月壤
• 3.1.1 月壤的形成
• 3.1.2 月壤的厚度及其分布特征
• 3.2 月壤的微波辐射特性
• 3.2.1 月壤垂直结构
• 3.2.2 月球表面宏观特性
• 第四章 月壤的微波辐射模拟
• 4.1 半空间具有温度和介电常数分布廓线的非均匀的月壤模型
• 4.2 多层月壤月岩的微波辐射模拟
• 第五章 月表粗糙度对月壤亮度温度的影响
• 5.1 随机粗糙面电磁散射特性
• 5.1.1 面散射特性
• 5.1.2 几种大尺度粗糙面电磁散射模型及其适用范围
• 5.1.3 Kirchhoff 切平面近似和几何光学解
• 5.2 月表粗糙度对月壤亮度温度的影响
• 5.2.1 一层月壤亮度温度模型
• 5.2.2 粗糙表面的发射率
• 5.2.3 月表散射对月壤辐射亮度温度的影响分析
• 5.3 小结
• 第六章 微波辐射计数据处理
• 6.1 MATLAB 的编程环境及在数据处理中的应用
• 6.2 CE-1 微波探测仪的工作模式
• 6.3 微波探测仪数据处理软件设计
• 6.3.1 数据处理软件需求分析
• 6.3.2 数据处理软件设计
• 6.3.3 数据处理软件设计优化
• 6.4 数据处理结果与分析
• 6.5 小结
• 第七章 结束语
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢