[发明专利]一种微波波段的月壤介电常数反演方法

说明书

技术领域

本发明属于微波遥感领域，更具体地，涉及一种微波波段的月壤介电常数反演方法。

背景技术

月球作为地球唯一的天然卫星，也是离地球最近的星球，所以是人类进行深空探测的第一个目标，是人类走出地球探索浩瀚宇宙的第一步。月球上含有丰富的资源，其中月壤中包含有大量丰富的稀有气体，月海玄武岩中蕴涵着丰富的铁、钛等矿产资源，月球上的克里普岩富含钾、磷和稀土元素。此外，月球还蕴藏着丰富的铬、镍、钾、纳、镁、硅、铜等金属矿产资源。

要想获得利用月球上丰富的资源，首先要对月球进行探测以获得月表地形等信息。在过去的月球探测中，可见光、红外线、γ射线等遥感技术已被广泛的应用于对月表的探测中，但是受穿透深度的影响，这些探测手段只能给出月球表面的信息，而无法揭示出被月表尘土、月壤等所掩埋的次表层地质地貌、地壳结构等特征。月壤为低损耗介质，电磁波可以穿透月球表面以下一定深度从而可以揭示出月表以下月壤层、次表层结构等特征。因此，星载微波遥感技术开始应用到月球表层与深层结构的探测中。

对月表进行微波遥感，首先需要了解月壤的电磁辐射和散射特性，而决定月壤电磁辐射和散射特性的主要因素是月壤复介电常数。目前月壤复介电常数的获取主要是通过对Apollo和Luna计划中采集的真实月壤样品的直接测量，而样品数量有限，不足以代表全月的介电常数分布特征，并且直接测量时，大多数数据集中在较低频率(<1GHz)。因此，已有的月壤复介电常数模型不适合微波频段，因此，有必要对月壤的介电特性，尤其是微波辐射计的工作频段范围内的月壤介电常数模型进行研究，建立更符合实际情况的月壤介电常数模型。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种在微波波段的月壤介电常数反演方法，其目的在于解决现有介电常数模型并不适用于微波波段这一技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种微波波段的月壤介电常数反演方法，包括以下步骤：

(1)获取月球表面的物理参数，利用月尘-N层月壤-月岩模型，计算月球表面模拟亮温；本步骤包括以下子步骤：

(1-1)建立月壤物理参数的模型，所述月壤物理参数包括月壤密度ρ、月壤的复介电常数ε^*、月壤的比热C和月壤的热导率K，其中所述月壤的复介电常数ε^*的模型为：

ε^*＝ε₀(ε'-jε”)

ε'＝p^ρ

ϵ′′=ϵ′·10a1Ti+a2Fe+bρ-c]]>

其中，ε₀＝0.8854F/m，ε'表示月壤复介电常数的实部，ε”表示月壤复介电常数的虚部，ρ表示月壤密度，Fe、Ti表示氧化铁和二氧化钛的含量，a₁、a₂、b、c、p分别为待反演的参数；

(1-2)根据步骤(1-1)获得的月壤物理参数并根据热传导理论求解热传导方程，得到月壤不同深度处的物理温度；

(1-3)依据步骤(1-1)和(1-2)中获得的月壤物理参数及月壤不同深度的温度，利用月尘-N层月壤-月岩模型，计算月球表面模拟亮温；

(2)在全月范围内，对0°、±1°、±2°……等整数纬度±0.1°范围内的所有实测亮温数据进行统计拟合，相同纬度用同一条曲线拟合，建立不同纬度的亮温日变化模型；本步骤包括以下子步骤：

(2-1)利用太阳方位角、太阳入射角和月球纬度，计算月球时角，月球时角的计算公式如下：