多石块分布的月球表面电磁波散射与辐射的理论与方法研究

本研究针对起伏粗糙的月球表面随机分布的石块模型，发展相应的电磁建模理论和散射计算方法，并进行重要的散射特征提取和波传播机理分析。结合月表高程、环形山统计规律、Apollo等实测结果，构造散布石块的月表地形。发展新的散射计算方法：一是基于分层媒质Green函数的数值矩量法（MoM）,并用迭代方法计算多石块目标的耦合散射；二是基于波函数理论和惠更斯原理的数值模式匹配法（NMM）。对散射的数值结果进行定性和定量的散射机理和特征分析，如月表电磁波传播的多径效应、不同媒质和形状的石块目标识别等。

针对起伏粗糙月球表面随机分布石块的电磁波传播与散射模型，发展了相应的电磁建模与散射计算方法，并拓展性地研究了行星体分层结构参数反演方法。研究内容的完成情况包括：.1、场景构造方面，利用日本SELENE计划公布的高分辨率（7m/pixel）月表高程数据，结合不同的电磁散射模型分别考虑不同的几何场景建模方案，如对大尺度KA散射模型，石块和粗糙月壤根据其DTM高度进行局部平滑处理，而对于数值矩量法，则将石块看成目标，粗糙月壤表面看成背景环境。.2、月表石块散射数值计算方面，对平面分层模型利用Green函数和离散复镜像法分析半嵌入目标模型的双站散射特性。该方法对于月表随机分布若干多石块模型，结合国内外外星探测研究前沿，数值方法即使利用MLFMA方法，由于存储量和计算复杂度方面的限制，很难应用于大范围扩展性模型的散射计算，本项目后期已结合我国嫦娥计划CE-3微波测距测速雷达，利用大尺度KA方法进行快速回波模拟计算及参数反演。.3、多目标数值模式匹配法方面，已针对自由空间随机分布多导体目标模型完成了算法实现，并拓展性地做了相应的成像研究。介质目标与边界面问题目前在进一步研究中。.4、散射机理方面，本课题结合大尺度KA电磁建模理论和绕飞卫星雷达探测机理，发展了针对月球、火星等行星体探测的雷达回波模拟和分层结构模型的参数反演方法。还结合欧空局MARSIS雷达探测数据进行分析，完成了火星表层媒质参数、次表层深度等参数反演工作。. 创新性的研究成果包括：1、在月表石块电磁建模方面，基于介质半空间Green函数发展了离散复镜像法计算介质半空间半嵌入目标的双站散射特性，发表了两篇期刊文章（成果4和6）和一篇会议论文（成果5）。2、研究发展了数值模式匹配法用于快速计算多目标的相互作用散射，发表了一篇期刊论文（成果7）和一篇会议论文（成果8）。3、本课题进一步拓展研究了雷达探测仪对月球、火星等行星体的探测与分层结构参数反演模型，发表了1篇期刊论文（成果1）和一篇会议论文（成果2）。4、为中国嫦娥三号着陆器的测距测速雷达，实现了回波仿真和雷达参数提取的预研工作。