多岩石行星成像雷达探测的电磁散射建模与参数反演

Imaging Radar plays an important role in planetary exploration, and much radar data have been collected. Recent task is to analyze and interpret these radar data. The controversy of current radar analysis is due to the disturbance of the complex surface terrain, such as terrain roughness, stones on and imbedded in the regolith. The complex surface terrain causes the main difficulty for radar data analysis and layered planetary exploration. The key task is to build a nice EM scattering model of the complex surface terrain for studying its polarimetric scattering characteristics. Then the inversion for planetary geological structure and data analysis will be effective and valid. With the model of complex terrain characteristics, this project will simulate the physical mechanism of EM wave propagation and scattering and radar imaging, in order to study the scattering characteristics of complex planetary terrain with surface-covered meteorites embed rocks and the inhomogeneous subsurface. Then the polarimetric scattering characteristics will be extracted for the inversion of layered structure of the planetary surface/subsurface, and the matter material. Moreover, the polarimetric radar data will be analyzed for estimation of water ice of lunar and mars.

成像雷达在外星探测中发挥着重要作用并获得了大量的观测数据，雷达观测数据的解译是当前的重要任务和研究热点。近年来一些雷达探测数据（如Mini-SAR、Mini-RF、MARSIS）的分析研究结果存在诸多争议性，都归结到一个关键问题——不能排除地表起伏粗糙度、表面和内嵌石块体散射的干扰因素，是目前雷达数据解译、外星分层结构反演的难点之一，其本质原因是缺乏对雷达探测回波的物理本质的正确认识。因此，必须从电磁波正向散射与传播机理建模出发，研究多岩石外星起伏地表的极化散射特性，才能对雷达探测数据做出合理的解释，并实现外星地质结构和媒质参数的反演。本项目拟根据外星DEM数据、石块和陨石坑分布建立非均匀分层电磁模型，通过正向散射仿真和成像模拟，研究外星复杂地貌（地表起伏、表面和内嵌石块、次表层媒质等）的全极化散射特性，研究外星分层结构与媒质参数反演，并结合国内外发布的雷达探测器数据进行月球和火星水冰估计

近年来成像雷达在行星探测中发挥越来越重要的应用，并获得一些观测数据（如Mini-SAR、Mini-RF、MARSIS），为了更好地对这些观测数据进行科学解译，本项目从正向电磁散射与传播机理出发，基于电磁散射的数值模拟方法研究了电磁波与行星地表（粗糙起伏行星表面以及表面分布石块）的相互作用，获取了含多岩石分布的起伏地表的极化电磁散射特性。研究内容包括粗糙起伏行星地表的几何与电磁散射建模、电磁散射的计算方法，以及定量的散射特性与数据分析，形成的主要成果包括：（1）发展了针对大场景粗糙地表的矢量化稀疏矩阵规范网格算法、波数分解与特征基函数算法；（2）基于观测几何与点扩散函数的快速成像仿真方法以及基于数值双尺度的散射成像方法；（3）基于仿真对现有观测数据CPR异常的定量分析，即粗糙度对CPR的影响。