粗糙月面微波辐射亮温计算方法研究

摘要

探测月壤厚度对月球资源的开发和利用有重要的研究价值,建立完善准确的亮温辐射传输模型是反演的关键。月壤表面粗糙度是研究的难点之一,考虑粗糙度对辐射亮温的影响也是待研究解决的问题,也是本文的研究对象。本文以国家863高科技项目重大研究课题探月工程为依托,研究月表粗糙度与月表微波辐射亮度温度之间的关系模型,并以嫦娥二号卫星携带的微波辐射计探测的亮温数据作为检验模型正确性的依据。
　　本文首先结合嫦娥一号激光高度计7km分辨率的高程数据解析Apollo着陆点地区5656km范围内的地形粗糙度信息。接着将大尺度的粗糙度对有效太阳辐照度的修正运用到热传导方程的边界条件中,建立大尺度粗糙面分层模型求解月壤温度剖面。月表即使大范围内平坦(例如月海),也会有微小的起伏,这种起伏通常在厘米甚至毫米级,与高频(如19.35GHz)入射波的波长可比拟。根据辐射传输理论和粗糙面随机散射理论,运用二阶微扰法,建立上界面为粗糙面的分层微波辐射传输亮温模型。这样将大尺度的温度剖面计算模型和小尺度的亮温辐射传输模型结合起来建模,使模型对不同的月表地形特征更具有通用性。
　　计算结果表明,月球表面的大尺度粗糙度使太阳辐照减小,从而使月壤剖面的温度降低,月表辐射亮温也随着粗糙度的增加而降低。微波辐射计四个通道中,3GHz频段的波长最长,对月壤的穿透深度最大,因此这个频段的模拟亮温对反演月壤厚度具有很大的价值。小尺度粗糙度的引入使月表辐射亮温增加,在3GHz、7.8GHz和更高频率19.35GHz,模拟亮温值与嫦娥二号实测亮温值相比差距更小。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1粗糙月面微波辐射传输模型建立的意义

1.2粗糙月面微波辐射传输模型国内外研究现状

1.3本文研究内容和结构

2 月壤结构

2.1月壤物性参数

2.2月表几何参数

2.3本章小结

3 月球大尺度地形起伏

3.1激光高度计及其科学数据解析

3.2月表APOLLO地区高程分布

3.3本章小结

4 大尺度粗糙面月壤温度计算

4.1月球地形起伏对太阳辐照度的影响

4.2温度剖面的求解

4.3本章总结

5 粗糙月面微波辐射传输模型计算亮温

5.1微波辐射传输理论

5.2平面分层月壤微波辐射传输模型

5.3小尺度粗糙度分层月壤辐射传输模型

5.4综合大小尺度粗糙度计算亮温结果及分析

5.5本章小结

6 总结及展望

6.1全文总结

6.2对未来工作的展望

致谢

参考文献