月球表面微波主被动遥感的建模模拟与反演

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。     

混凝土变形破坏的红外辐射特征研究

对混凝土试样进行单轴压缩实验,利用红外热像仪和声发射仪,测试并研究了加载过程中试样的红外辐射与声发射变化特征。研究结果表明:混凝土试样受载破坏过程中红外辐射温度曲线呈典型的降转升型,试样发生破坏时,平均红外辐射温度的增温幅度为0.15℃,最高红外辐射温度的增温幅度为1.05℃;平均红外辐射温度在试样破坏前有明显前兆特征,载荷比为66.7%时温度快速下降,载荷比为82.6%时温度上升;在混凝土试样破裂及其发展阶段,红外热像上出现高温条带和低温条带,高温条带处于2个破裂面的错动摩擦区域,而低温条带和试样表面的裂缝对应,处于张性破裂区域。混凝土变形破坏的红外辐射演化特征为监测混凝土工程受力破坏提供了一种新方法。     

红外光学系统中“黑色”涂层表面特性的测试

介绍了一个在光学系统杂光领域中取得巨大成功的新概念－双向反射分布系数，分析了材料表面双向反射分布系数的特性。并在常温，红外波段λ＝１０．６μｍ下，采用锁相放大器的调制检测法，在背景热辐射比信号辐射大数万倍的情况下，成功地提取的非常微弱的信号，还测出激光入射角ｉ＝０°，６０°时“黑色”涂层样品的ＢＲＤＦ的空间分布值，与国外同类涂层“ＣｏｒｅｌｌＢｌａｃｋ”，“ＭａｒｔｉｎＢｌａｃｋ”等的性能基本相当     

微波月亮-人类对月球的全新视角——中国“嫦娥一号”卫星微波探测仪若干探测结果

中国“嫦娥一号”探月卫星自2007年10月24日成功发射并于同年11月7日进入其工作轨道。在轨工作一年多,完成了全部使命,期间获取了大量的科学数据。其中“嫦娥一号”月球微波探测仪(Chang’e-1 Lunar Microwave Sounder-CELMS)已多次覆盖全月表面,首次获取了全月微波亮温分布数据,创建了“微波月亮”(Microwave Moon-MicM)。“微波月亮”的建立为月球科学研究、宇宙科学研究、月球资源研究及应用、未来月球基地的建立等带来了全新的信息,与“可见月亮”、“红外月亮”及其它相关探测结果(如X、γ谱仪,中子谱仪)、地基探测及未来月球轨道上观测和就位探测等多方信息的融合、分析,将大大提升人类对太空、月球及宇宙起源、生命起源等问题的认识和研究水平,在人类探月活动中具有里程碑意义。
在“嫦娥一号”卫星微波探测仪绕月探测之前,从来没有从月球轨道对全月球进行微波探测的活动。很多涉及月球微波特征研究,如月表微波亮温分布、月壤厚度及氦-3资源量分布信息、涉及月球历史等的研究多数是靠Apollo、Luna的落月点实测数据为依据,加上其它探测(如光学等)结果融合分析并逻辑延伸而得来的,因此其结果存在相当的多解或不确定性,这就使我们对月球微波辐射特性的真实情况了解很少,甚至可能有偏差。着重讨论“微波月亮”的含义,其相关信息内涵,几种特征区、点的分析等。根据微波探测仪的数据,获得了全月月壤厚度分布、氦-3资源量评估、全月亮温及其变化规律等研究结果,得出了一些与现今其它研究结果不同的结论。     

星载微波辐射计对玉树地震岩石破裂辐射异常的初步检测

实验发现岩石挤压破裂会在特定微波频段辐射能量增强。根据星载微波辐射计AMSR\|E 2003年至2010年4月中上旬8 a的辐射亮度温度(T^_b)数据,提出辐射异常指数RAI,检测地震岩石挤压破裂产生的微波能量辐射异常。利用大气辐射传输模型,分析地表物理温度和大气水汽含量等变化对于检测RAI的影响。对2010年4月12日(2010年4月14日玉树地震发生前两日)的T_b数据作RAI分析,RAI异常的检测区域与地震主断裂带分布有明显的空间相关性。     

基于AMSR-E的全球陆表被动微波发射率数据集

地表微波发射率表征了地物向外发射微波辐射的能力,星载被动微波发射率估算可在宏观、大尺度上对陆表微波辐射进行整体表达,是被动微波地表参数定量反演中重要基础数据,也是在大尺度上获取陆表微波辐射特征的一种途径。本数据集利用搭载在Aqua卫星上的高级微波扫描辐射计(AMSR-E)和中分辨率成像光谱仪(MODIS)的同步观测特点,采用MODIS的地表温度和大气水汽产品数据作为输入,基于考虑大气影响的发射率估算模型,生产了全球晴空条件下AMSR-E传感器运行期间(2002年6月~2011年10月)的陆表多通道双极化微波瞬时发射率。通过产品低频无线电信号影响、数据间比对、分布统计、不同地表覆盖条件的发射率特征、频率依赖和相关性研究等开展验证性分析,结果表明:瞬时发射率的动态大、细节表达丰富,月内日变化标准差在0.02以内,其时空变化、频率依赖和相关性等符合微波理论分析和自然物理过程理解。此套数据集还包括AMSR-E全生命周期的全球陆表逐日、侯、旬、半月及月产品,可用于开展星载被动微波遥感模拟、陆面模型以及陆表温度、积雪、大气降水/水汽/可降水量等反演研究。