模拟月壤中的被动微波辐射传输机理研究

微波辐射计是"嫦娥一号"卫星有效载荷之一，其科学目标是通过探测全月表微波辐射亮温，反演月壤厚度等信息。作为反演月壤厚度的基础和前提，月壤的被动微波辐射传输模拟存在模型参数不统一、不同模拟结果得到的亮温相差较大等问题，这是由于对月壤辐射传输机理的研究不够深入。该申请将针对月壤辐射传输过程中涉及的月壤介电常数、温度分布和界面粗糙性等参数，根据月球探测历史数据，基于月表月壤的地质、物理和化学特征，开展模拟月壤的野外现场和实验室内实验，通过数值模拟分析研究被动微波在月壤中的辐射传输机理。并利用"嫦娥一号"卫星获取的微波辐射计数据和其它月壤探测数据进行相关参数的反演验证，建立适合 "嫦娥一号"微波辐射计数据的月壤辐射传输模型和参数模型。.因此，无论从该项目目标的探索研究，还是星载微波辐射计本身作为一种被动遥感技术扩展应用到深空探测，都是新的探索研究。

微波辐射计是嫦娥一号卫星有效载荷之一，其科学目标是通过探测全月表微波辐射亮温，反演月壤厚度等信息。作为反演月壤厚度的基础和前提，月壤被动微波辐射传输模拟存在模型参数不统一、不同模拟结果得到的亮温相差较大等问题，这是由于对月壤辐射传输机理的研究不够深入。. 该项目针对上述问题，研究结果包括三方面内容：(1)月壤中的被动微波辐射传输机理数值模拟研究；(2)模拟月壤中的被动微波辐射传输机理实验研究；(3)基于嫦娥探测数据和Apollo探测资料的月壤参数分布研究。. 第一方面，在系统研究月壤参数分布的基础上，改进了月壤辐射传输模型，模型中考虑下垫面粗糙性和倾斜、粗糙面散射效应和体散射效应的影响；根据数值模拟结果，建立了高频条件下的月壤辐射传输模型；首次建立了多层非均匀月壤辐射传输模型。通过数值模拟，进行了月壤中的被动微波辐射传输机理研究。. 第二方面，根据项目需要，设计了致密介质微波辐射测量装置和弱损耗介质介电常数测量装置；制作了适合研究使用的模拟月壤物质，测试分析了介电常数随成分、温度和频率的变化；通过室内和野外实验，进行了模拟月壤中的被动微波辐射传输机理实验验证。室内和野外实验证实了数值模拟结果和改进的月壤辐射传输模型的可靠性。. 第三方面，结合数值模拟和实验成果，研究了温度和频率对介电常数的影响，以及温度和频率变化对月壤微波探测结果的影响；根据月表地形特征，进行了月表有效反射率研究，并估算地形对月表温度分布的影响；结合混合介电常数模型和改进的辐射传输模拟，研究了含水冰月壤的微波介电特性，并进行了Cabeus撞击坑水冰含量研究。