月球表面微波主被动遥感的建模模拟与反演

摘要

探测月球和其它外星球是我国空间遥感与深空探测的又一轮新课题.研究地球遥感中星载被动遥感辐射计、主动遥感高分辨率合成孔径雷达等如何应用于月球和其它外星球的探测是一项十分有意义的工作.了解月球表层的月壤与月岩的物质状态及其分布,对于月球资源的科学认识、以及未来月球探测、登月与月球开发,以及其它外星球探测均具有十分重要的意义.先讨论微波被动遥感月球表面辐射的模拟和由微波辐射反演月壤厚度.由月球表面数字高程和月壤厚度实测点数据建立月球表面高度与月壤厚度的一种对应关系,构造整个月球表面月壤厚度的试验性分布.根据克莱门汀的紫外可见光光学数据,计算整个月球表面月壤中FeO+TiO2含量分布,给出整个月球表面月壤介电常数分布.由月球表层温度的观测结果以及月壤的导热特性,给出月尘层与月壤层温度随纬度分布的经验公式.在这些条件基础上,建立月尘、月壤、月岩3层微波热辐射模型.由起伏逸散定理,模拟计算月壤低耗散介质层多通道辐射亮度温度.以此辐射亮度温度模拟加随机噪声为理论观测值,按3层模型提出月壤层厚度反演方法.由于高频通道穿透深度小,由高频通道的辐射亮度温度按照两层月尘-月壤微波热辐射模型反演月尘层与月壤层的物理温度.并以此为已知参数,由穿透深度较大的低频通道的辐射亮度温度反演月壤层厚度,对于反演的相对误差也进行了讨论.在研究微波主动遥感方面,提出低空飞行全极化L波段雷达窄脉冲探测月壤层厚与层结构的建议.此时采用一层具有上下随机粗糙界面的有耗介质层月壤层模型,在下垫月岩粗糙界面上有一层随机分布的碎石散射体.推导了包含面散射、体散射,以及面体相互作用7种散射机制的全极化脉冲波Mueller矩阵解.以月壤特征参数(月壤层厚、FeO+TiO2金属含量、介电常数,界面粗糙度、碎石分布等)为函数,用时域Mueller矩阵解数值模拟来验证方法可行性.L波段窄脉冲极化回波波形能用于反演或估算月壤厚度与分层结构.