基于多角度反射光谱的矿物光学常数优化反演与月壤光谱模拟方法研究

针对月表物质组份遥感探测中现有的Apollo、Luna月壤光谱样本点少、代表性差，制约了月壤光谱机理研究与月表物质组份反演精度的问题，项目将研究基于多角度反射光谱的矿物光学常数优化反演方法以及月壤光谱模拟方法。拟采用多次散射二流近似Hapke矿物辐射传输模型，利用多角度反射光谱优化反演月壤主要组成矿物的光学常数（Optical Constants），模拟计算不同矿物组成及含量的月壤，在不同空间风化程度、粒度及观测几何条件（光源及传感器的天顶角与方位角）下的反射光谱。. 基于模拟结果，定量分析月壤光谱的变异规律，对目前月表物质组份反演方法的误差、精度、可靠性与适用性开展研究。项目研究成果可促进深化月壤光谱机理研究与提高月表物质组份遥感识别的准确度与定量化。

针对月表物质组份遥感探测中现有的Apollo、Luna月壤光谱样本点少、代表性差，制约了月壤光谱机理研究与月表物质组份反演精度的问题。项目基于多次散射二流近似Hapke矿物辐射传输模型，开展了基于多角度反射光谱的矿物光度参数反演、基于Hapke模型的月壤光谱模拟、月壤模拟光谱的可靠性评价、月壤模拟光谱的应用4个方面的研究，构建了月壤光谱高精度模拟方法，开发相关软件模块，模拟计算了2套月壤光谱数据集（共计60余万条光谱）基于LSCC月壤光谱测试数据对模拟的可靠性进行了评价，最后基于模拟的光谱，对广泛应用的月表化学成分（FeO、TiO2）反演的“光谱角度参数法”的适用性、机理进行了分析。.采用基于多角度数据优化反演的散射相函数勒然德多项式系数，模拟精度相对于单角度模拟得到了明显提升。模拟光谱与实测光谱相关系数均大于0.99，均方根误差在10-3数量级，模拟矿物含量与实测含量相关性较好，相关系数均大于0.89，模拟粒径与实测粒径分布范围一致。基于上述模拟的光谱数据集，对Lucey提出的应用与影响广泛的月表FeO、TiO2化学成分反演方法的机理与适用范围进行了分析。分析发现，构建的光谱指数随成熟度变化并非原先推测的线性关系，Lucey建立的化学成分反演方法仅适用于特定的矿物混合体系，不具有通用性与普适性，FeO反演方法主要适用于斜长石±单斜辉石（富Mg与富Fe）±斜方辉石±钛铁矿（不含或少量）混合体系。如混合体系中斜长石、斜方辉石、镁橄榄石含量较高，或成熟度较高时，TiO2含量会高估。