“嫦娥一号”卫星微波探测对月表参数反演的理论与应用

“嫦娥一号”卫星微波探测对月表参数反演的理论与应用

作者:师大云端图书馆 时间:2016-01-22 分类:期刊论文 喜欢:2827
师大云端图书馆

【摘要】在长期的地质演化过程中,月球表面由于受到火山喷发等地质活动以及外来陨石小天体撞击的影响,逐渐形成了以撞击坑为主要地貌的地形结构,并形成了几乎覆盖整个月球表面的月壤层。由于月球表面缺少大气层,长期暴露在空间环境中的月壤层不断接受太阳风粒子以及宇宙射线的辐射,蕴含着丰富的具经济价值的化学元素,如可供人类可利用的清洁能源3He等,因此对月壤厚度的反演是估算月球能源的重要指标。月球的地质结构不仅会对月表的温度分布产生影响,也记录了月球形成与演化的历史,对月球资源探测、开发及利用具有重要意义,因此对月球次表层结构与月表温度的研究历来是科学家们重视的课题。我国相继发射了“嫦娥一号”(CE-1)和“嫦娥二号”(CE-2)绕月卫星,在国际上首次搭载了多通道微波辐射计对全月表的热辐射进行测量,获得了月表面微波频段辐射亮度温度信息,并将下一步CE-3在月球虹湾地区登陆的计划提上日程。本文由辐射传输理论出发,结合分层月壤结构与电磁波的相互作用机理,充分考虑月球地质信息对热辐射的影响,由CE-1微波辐射计的辐射亮度温度对月壤厚度,月球表面物理温度昼夜变化以及影响月球表面温度昼夜变化及异常的因素做了探讨,同时提出了由CE-1微波辐射计观测结果直接确定月壤介电常数的方法,从微波热辐射的角度,对月球的地质信息的反演提供可行的方法。首先,针对CE-3可能登陆的虹湾地区的物理温度昼夜变化展开研究。根据CE-1的微波辐射计观测数据,由月球地面坐标系与以虹湾地区中心点为新极点的坐标系之间的转换关系,由CE-1微波辐射计数据中给出的太阳入射角和方位角信息来确定虹湾地区所处的月球当地时间,然后再利用CE-1微波辐射计高频通道19.35GHz和37.0GHz对虹湾地区的微波辐射观测结果,结合月壤三层微波辐射模型,反演了虹湾地区的物理温度,给出了虹湾地区月尘层与月壤层物理温度随月球时间的变化情况,并将物理温度的反演结果与“先知者号”(Diviner)红外探测仪的观测结果做了对比,对影响虹湾地区温度分布的因素做了讨论。其次,在月球两极等高纬度地区,由于太阳光线的倾角较大,因此月表地形对高纬度地区的温度分布会产生较大的影响。通过CE-1卫星多通道微波辐射计对月球两极的观测数据,可以对月球环形山地形影响下的辐射亮度温度分布做出讨论。事实上,影响月球表面的物理温度分布的因素有很多,除了地形与纬度外,同一地点的月表温度也随月壤深度变化而改变。选取赤道和沿经度150°W作为目标区域,在改进的具有物理温度分布廓线的月壤两层模型的辐射传输理论基础上,首先通过多通道微波辐射计高频通道数据,对月壤温度廓线进行反演,再结合穿透能力较强的低频通道观测数据,完成月壤厚度的反演,反演结果分别与以往物理温度随纬度变化的经验性分布以及月壤厚度的反演结果作了比较与验证。再次,通过地基天文望远镜进行的月食期间月球表面红外辐射图像扫描,发现在月食过程中太阳光照迅速消失的情况下,月表面有大量的温度异常“热点”,其热辐射要明显高于周围环境,而在CE-1对月球表面微波辐射亮度温度观测中,这些在月食期间红外辐射“热点”对应的是月球白天微波频段观测的“热点”,以及月球夜间微波热辐射的“冷点”。为了解释这些热辐射昼夜变化中出现的异常现象,并比较不同地区月球表面昼夜辐射温差的变化情况,选取了在相近纬度上两种典型的环形山区域:一是表面存在大量离散岩石块分布的新生环形山代表第谷环形山,另一是经历了长期陨石冲击粉碎与月球地质演变的不再有大量岩石块分布的典型环形山莫洛利卡斯环形山,讨论这两个区域内的“嫦娥一号”微波辐射亮度温度分布的昼夜变化,并与美国探月任务月球轨道勘测器中搭载的红外探测仪Diviner在对应区域的红外测量做了对比。以月表三层模型的辐射传输为基础,从“嫦娥一号”卫星微波辐射计数据反演了这两处环行山区域月壤层的物理温度的昼夜变化及其分布,将月表面物理温度昼夜变化与红外观测结果做了比较,解释了月球表面“热点”与“冷点”的异常现象与月表面新生环形山大量分布的高热传导高热惯性岩石块分布密切相关的原因,从月球地质信息的角度对月表温度分布的异常现象做出理论解释。再其次,月球表面月壤介质的介电特性等会影响电磁发射率以及电磁波在月壤介质中的反射和衰减,因此在实际观测的月表微波热辐射中也包含了月表的地质和介电特性等信息,这也是由CE-1微波辐射计观测数据来反演月表介电特性的物理基础。选取具备热流实验可以予以验证的Apollo15地区,以及赤道月陆地区,首先建立可靠的月壤体积密度廓线模型,由时域有限差分方法求解对应区域的一维热扩散方程,得到物理温度在各个月球时间,随月壤深度的变化。再通过CE-1四通道微波辐射计观测数据,在辐射传输理论的基础上,由最小二乘法反演得到月表对各个通道不同频率电磁波的反射率以及吸收系数,再由反射率及吸收系数与月壤介电常数的关系,确定月壤复介电常数,并将反演结果与以往通过Clementine或LunarProspector光学反射率数据反演得到的FeO与TiO2含量为基础来确定月壤介电常数的结果作了比较与验证。最后,作为本文被动微波遥感的扩展部分,还将对主动遥感手段的雷达探测仪成像原理进行介绍,并在此基础上开发了一款可视化软件,为用户提供友好的参数化界面,可以模拟产生表面起伏的环形山地形,并对该地形下的雷达探测仪回波进行模拟,来反映月球次表层结构在雷达探测仪回波中的表现,为由真实回波数据来反演行星次表层结构及分析物质成分等信息做理论准备。本文利用微波辐射传输理论,在月壤分层模型的基础上,将CE-1微波辐射计观测数据应用到对月表物理温度分布,月壤厚度反演以及月壤介电常数确定等工作中,将我国探月成果应用到实际月球参数反演中,希望能为今后探月事业的发展初步解决部分基本问题并提供一些理论依据。
【作者】宫晓蕙;
【导师】金亚秋;
【作者基本信息】复旦大学,电磁场与微波技术,2013,博士
【关键词】月球;“嫦娥一号”;微波遥感;辐射亮度温度;月壤;物理温度廓线;介电常数反演;雷达探测仪;

【参考文献】
[1]严利平.论公民隐私权的保护[D].西北大学,法律(专业学位),2012,硕士.
[2]荣莉.基本养老保险基金绩效评价指标体系构建研究[D].山东财经大学,会计学,2014,硕士.
[3]赵厦.亲水性顺铂磁性固体脂质纳米粒分子设计[D].河北医科大学,药物分析学,2014,硕士.
[4]王耿华.考虑动力学特性的Delta机构运动可靠性分析与仿真[D].东北大学,机械设计及理论,2010,硕士.
[5]刘俨慧.基于用户满意度的图书馆数字信息资源服务评价研究[D].黑龙江大学,情报学,2013,硕士.
[6]肖平.酸茶微生物菌系分离与鉴定及茶酒发酵技术研究[D].华中农业大学,茶学,2012,硕士.
[7]程丽霞.论网络购物中消费者权益的法律保护[D].西南政法大学,经济法学(专业学位),2012,硕士.
[8]石家振.食管癌患者外周血调节性B细胞的研究[D].蚌埠医学院,免疫学,2013,硕士.
[9]刘凤友.伦敦奥运报道与我国公民国家认同感的建构[D].沈阳体育学院,体育人文社会学,2013,硕士.
[10]董蓬帆.保水生物复合肥对不同苗木生长影响的研究[D].内蒙古农业大学,森林培育,2013,硕士.
[11]鲁启东.全弹道空空导弹μ综合控制器研究[D].南京航空航天大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[12]饶中洋.全集成连续时间滤波器的设计[D].天津大学,信号与信息处理,2004,硕士.
[13]庞刚.眶尖区薄层断层解剖和显微外科解剖学研究[D].安徽医科大学,人体解剖与组织胚胎学,2004,硕士.
[14]于兆吉,郭亚军.基于信用级别的银行信贷优化模型[J].控制与决策,2006,12:1429-1431+1436.
[15]曹鹏飞,罗雄麟.双率系统辅助模型框架下的随机牛顿递推辨识[J].控制与决策,2015,01:117-124.
[16]李显辉.唐代藩镇使府节度行军司马考论[D].陕西师范大学,中国古代史,2004,硕士.
[17]唐衍力.人工鱼礁水动力的实验研究与流场的数值模拟[D].中国海洋大学,2013.
[18]邬丹.旧城更新中的景观织补策略[D].上海大学,艺术设计(专业学位),2014,硕士.
[19]谭试典,王冰.冀中拗陷北部伸展构造样式[J].石油地球物理勘探,1990,04:487-494+516.
[20]王艳平.抗肿瘤硫色满酮衍生物的可能作用靶点[D].河北大学,药物化学,2014,硕士.
[21]廖彬.EZH2、FHIT和VEGF在膀胱尿路上皮癌的表达及临床意义[D].广西医科大学,泌尿外科,2013,硕士.
[22]曾澍湘.基于大规模定制的质量管理研究[D].武汉理工大学,管理科学与工程,2003,硕士.
[23]冯振华.新型大尺寸TFT-LCD玻璃研磨机的研制[D].西安电子科技大学,控制工程,2012,硕士.
[24]李铁克,王海凤,李凤超,李对庭.CSP生产线MES中的动态生产调度系统建模[J].冶金自动化,2003,05:26-29.
[25]潘迎春.行政服务中心与政府管理方式创新[D].中国社会科学院研究生院,政治学理论,2003,硕士.
[26]韩晓琴.家国之躯与角隅之体[D].吉林大学,中国现当代文学,2013,硕士.
[27]郑美丽.生产性服务业视角下中国城市网络格局与特征[D].首都师范大学,人文地理学,2014,硕士.
[28]来滢.水稻胚乳发育中珠心凋亡与胚乳细胞构建的研究[D].华中农业大学,生物化学与分子生物学,2001,硕士.
[29]李奇蔚.社会资本对青年科技人才科研成果的影响研究[D].四川省社会科学院,社会学,2014,硕士.
[30]黄燕平.江西省农村金融发展研究[D].南昌大学,产业经济学,2012,硕士.
[31]杜海宇.水杨酸钠对顺铂所致豚鼠耳毒性的保护作用[D].广西医科大学,耳鼻咽喉头颈外科学,2013,硕士.
[32]张秀峰,郑立男,施克仁.旋转角序列小波分析快速算法(英文)[J].自动化学报,2003,04:524-530.
[33]姚知铭,梁传坤,李红桃.可控震源非线性扫描在高分辨率地震勘探中的应用[J].石油地球物理勘探,1998,S2:119-122+169.
[34]杨心意.产耐高温α-淀粉酶菌株的筛选、发酵条件优化及酶学性质研究[D].塔里木大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[35]颜斌.建国后毛泽东经济建设中的统筹兼顾思想研究[D].东北大学,马克思主义中国化研究,2010,硕士.
[36]邓洲.铝合金电弧辅助熔丝激光焊特性研究[D].哈尔滨工业大学,材料加工工程,2013,硕士.
[37]肖琳琳.农产品加工业安全预警研究[D].北京交通大学,2014.
[38]陈霖霖.工作压力对员工主观幸福感的影响机制研究[D].厦门大学,企业管理,2014,硕士.
[39]宋蔚.基于泄漏通信的提升机载荷动态监测系统设计研究[D].中国矿业大学,测试计量技术及仪器,2014,硕士.
[40]陈开宁,兰策介,史龙新,陈伟民,许海,包先明.苦草繁殖生态学研究[J].植物生态学报,2006,03:487-495.
[41]陈松,杨锡洪,李思东,刘莉莉.利用壳聚糖制备透明质酸替代物的研究进展[J].食品工业科技,2014,02:380-384.
[42]朱烨昕.论新时期军营文化建设[D].安徽大学,社会学,2004,硕士.
[43]殷利平.我国城市社区治理问题研究[D].苏州大学,公共管理(专业学位),2012,硕士.
[44]谢晓梅.自媒体在子宫腺肌病诊疗活动中的影响探究[D].河北医科大学,妇产科学(专业学位),2014,硕士.
[45]王冬霓.和谐政府构建研究[D].东北大学,行政管理,2010,硕士.
[46]崔荟萍.除草剂对燕麦田杂草的防效及其对土壤酶活性和呼吸强度的影响[D].甘肃农业大学,草业科学,2013,硕士.
[47]李传智.东山过境高速公路北涧河特大桥设计[J].山西科技.2003(01)
[48]祝刚.再入航天器高动态GPS定位数据处理技术[D].西北工业大学,飞行器设计,2004,硕士.
[49]朱冠楠.锂离子电池用钛酸锂负极材料的相关研究[D].复旦大学,物理化学,2013,博士.
[50]周宪东.中铁十局集团发展战略研究[D].西南交通大学,工商管理(专业学位),2013,硕士.

相关推荐
更多