粗糙月面微波辐射亮温建模与计算

论文摘要

我国“嫦娥一号”探测卫星搭载了四个通道（3.0,7.8,19.35,37GHz）的微波辐射计,其中一个重要任务是通过多通道微波辐射亮温反演整个月球表面月壤厚度的分布。为了从CE-1微波辐射计测量的微波辐射亮度温度数据中反演出月壤厚度,需要准确的月表微波辐射亮度温度模型。目前国内外月壤微波辐射模拟中一般都考虑了月壤的结构与厚度、温度分布、介电常数分布、比热、密度等因素的影响,但都假设月球表面及月壤各层界面是平坦的。然而据已有的月球观测数据来看,在辐射计的分辨率范围内（30-50km）,实际的月球表面是不平坦的,有地势起伏,即使在较平坦的月海地区,对较高频段的微波波段而言,也具有微尺度的粗糙度,因此有必要研究粗糙度对月表微波辐射亮温的影响。本文首先介绍了随机粗糙面散射理论,给出了几种随机粗糙面散射模型,并重点对基尔霍夫近似法和微扰法的能量守恒进行了验证,其次介绍了辐射传输理论,用Burke的平面一阶多层模型仿真计算了四个通道的微波辐射亮温,然后对具有粗糙界面的半无限媒质的微波辐射亮温进行了计算,最后将随机粗糙面散射理论与辐射传输理论结合,分别建立了基于基尔霍夫近似和微扰法的微粗糙月面的微波辐射传输模型,并利用这两种模型仿真计算了在不同粗糙度条件下、不同地区的月表微波辐射亮温,并与嫦娥一号的各通道微波辐射计的实测亮温数据进行了对比、分析。分析结果表明月表局部的微粗糙度将会增大月表的微波辐射亮温,且这种辐射亮温的增量将随粗糙度的增加而增大,这在一定程度上解释了平面分层月壤辐射传输模型计算的亮温值在较高频段总是低于实测数据的原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及其意义
• 1.2 月面微波辐射传输模型研究现状
• 1.3 本文研究内容及创新点
• 2 随机粗糙面散射理论
• 2.1 粗糙面散射的特性
• 2.2 简单粗糙度模型（G 模型）
• 2.3 Q/H 模型
• 2.4 QP 模型
• 2.5 基尔霍夫近似法
• 2.6 微扰法
• 2.7 本章小结
• 3 微波辐射传输理论
• 3.1 微波辐射传输理论
• 3.2 平面多层微波辐射传输模型
• 3.3 粗糙面微波辐射传输模型建模及计算
• 3.5 本章小结
• 4 基于KA 近似的微粗糙月面辐射亮温模型建模及计算
• 4.1 月面微波辐射亮温的影响因素
• 4.2 基于KA 近似的微粗糙月面辐射亮温的建模方法
• 4.3 仿真结果及分析
• 4.4 本章小结
• 5 基于微扰法的微粗糙月面辐射亮温模型建模及计算
• 5.1 基于微扰法的微粗糙月面辐射亮温的建模方法
• 5.2 仿真结果及分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 可能存在的问题及改进措施
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 二阶微扰法的透射系数表达式
• pq^t12（θ,φ,θ₁,φ₁）'>附录B 基尔霍夫近似条件下σ_pq^t12（θ,φ,θ₁,φ₁）
• pq^t12（θ,φ,θ₁,φ₁）'>附录C 微扰法近似条件下σ_pq^t12（θ,φ,θ₁,φ₁）