嫦娥五号等着陆区的月壤微波热辐射特性及地质意义分析

嫦娥三、四和五号的原位月壤探测为基于嫦娥一、二号卫星微波辐射计数据的月球科学研究提供了重要参考.本文基于嫦娥二号卫星微波辐射计数据,生成了着陆区亮温图;为了消除亮温随纬度变化的影响,突出亮温与月壤成分之间的关系,定义和制作了规则亮温图和亮温差图;基于Kaguya MI数据,制作了研究区氧化亚铁、氧化钛、单斜辉石和橄榄石含量图;结合原位月壤探测成果,系统分析了嫦娥三、四和五号着陆区月壤的微波热辐射特性.主要研究发现包括以下三点:(1)嫦娥五号着陆区具有稳定的亮温表现,表明该地区月壤成分随深度的变化不明显,可以作为微波热辐射异常研究的重要参考;(2)嫦娥三号着陆区微波数据探测范围内月壤存在分层结构,以低频数据为代表的深层、以高频数据探测为代表的浅层和以可见光成果为代表的表层,成分变化很大;(3)在嫦娥四号着陆区发现并提出了微波冷异常的存在,并初步分析了微波冷异常的成因机制.研究发现,微波辐射计数据可用于月海玄武岩的识别,可以为深化未来的月海岩浆演化研究提供重要的科学参考.     

月球表面微波亮温的时变趋势

为从嫦娥一号微波亮温数据中解译出月表的物理特性参数,须研究亮温随时间的变化趋势(时变趋势).利用嫦娥一号实测亮温数据(部分时段),拟合得到Apollo地区亮温的时变趋势.为了验证拟合函数的合理性,通过改进热传导方程的边界条件,模拟得到Apollo地区亮温的时变趋势,并将模拟亮温时变趋势与实测亮温时变趋势进行对比分析.结果表明:模拟亮温与实测亮温的时变趋势一致,说明亮温模型具有合理性;采用拟合函数对实测亮温数据进行时间归一化,可以明显减小测量时刻不同导致的月表实测亮温的差异.     

天马望远镜在嫦娥三号测定轨VLBI观测中的应用分析

天马望远镜(上海65 m射电望远镜)于2012年10月完成了第一阶段建设并具备了S/X,L,C波频段的VLBI观测能力.2013年12月全程参加了嫦娥三号着陆器和月球车X频段的VLBI测定轨测定位任务.在嫦娥三号中,利用天马望远镜代替上海佘山25 m射电望远镜,使中国VLBI观测网的灵敏度提高至1.67倍.同时,利用2比特采样代替嫦娥二号的1比特采样,使灵敏度提高至1.38倍.上述两项措施使定轨后的ΔDOR型VLBI时延残差由嫦娥二号时的1.77 ns降至嫦娥三号时的0.67 ns,着陆器和月球车同波束VLBI差分相时延随机误差降至0.011 ps rms.本文在介绍天马望远镜及其X频段致冷接收和数据采集系统的基础上,对其在嫦娥三号测定轨VLBI观测中的应用进行分析.     

嫦娥1号卫星微波探月技术机理和应用研究

微波探测仪是嫦娥1号卫星有效载荷之一,主要用于测量不同深度的月壤微波辐射亮温,进而反演月壤厚度的信息并对月球的3He资源量和分布进行评估。这是国际上第一次利用被动微波遥感探测器在月球轨道直接测量月表亮温信息。因此,对月壤辐射传输模型的研究是及其必要的。文章分析了月球微波探测的机理和存在的问题,并给出了初步解决途径。     

地球反照对月表亮温的影响：基于CE-1 MRM数据分析

嫦娥一号（CE—1）搭载的微波辐射计（MRM）获得了全月微波亮度温度（阳）数据,但其中包含的大量信息（例如地球反照等）尚未被挖掘．地球反照是影响月表夜晚阳的重要热源,也是研究全球气候变化的重要途径．根据月球同步自转的特点,本研究基于CE-1MRM数据初步提取了地球反照影响下的月球正面的澄海和低纬度带的高地地区的亮温信息．结果表明：澄海地区的亮温主要在1．0-1．6K之间,低纬度带的高地地区则在0．2—0．6K之间．     

嫦娥二号γ谱数据反演月表Fe元素分布

Fe作为重要的成岩元素之一,其月表含量和分布特征对于认识月球岩石成因和岩浆演化具有重要指示意义.本文由嫦娥二号γ谱仪2C级数据出发,经过谱线筛选、宇宙线校正、能谱累积与本底处理后提取Fe峰计数率.我们借助月球勘探者号的热中子数据进行中子校正,之后结合月球样品、陨石与嫦娥三号的就位探测数据标定Fe元素丰度.嫦娥二号γ谱仪全月Fe分布图中月海玄武岩区域与Fe元素富集区域吻合,其中风暴洋和雨海中部为Fe含量高值区域(Fe O23 wt.%),南极艾肯盆地内也出现Fe的相对富集,而月陆区域Fe含量较低(Fe O8 wt.%).与月球勘探者号g谱仪的探测结果相比,嫦娥二号γ谱仪解算的Fe元素丰度(Fe O)平均偏低0.7 wt.%.     

基于微波植被指数的甘南草地生物量动态监测

利用2003-2007年AMSR-E每日亮温产品计算了甘南州每日微波植被指数,结合Terra/MODIS植被指数产品比较分析了两种植被指数之间的关系.在此基础上,建立了基于微波植被指数的生物量监测模型,并对其精度进行了评价.结果表明:基于升轨6.925,10.650 GHz亮温数据的微波植被指数与MODIS增强型植被指数EVI之间有良好的相关性,其,rR2和RMSEP值分别为0.69,0.54和0.044.基于微波植被指数的草地生物量干重监测模型能反映甘南草地生物量的基本变化规律.由西向东、由北向南生物量逐渐增加,生长季内(5-10月)生物量产量峰值出现在7,8月份,不同草地类型生长季内的干物质产量由高向低依次为暖性草丛类、沼泽类、高寒灌丛草甸类、温性草甸草原类、高寒草甸类、温性草原类,低平地草甸最低.     

地基12通道微波辐射计反演大气温湿廓线及估算雷达路径积分衰减

利用TP/WVP-3000型地基微波辐射计12通道亮温观测资料,发展了一套大气温湿及液态水廓线反演算法.首先对近20年历史探空数据进行数据转换、插值等处理后,分无云和有云两种类型,运用MWMOD微波辐射传输模式,计算无云情况下的微波亮温集,根据相对湿度廓线,利用模式的绝热液水含量分析方法,模拟计算出液态水廓线及对应的微波亮温数据集,利用改进BP神经网络计算模型,通过神经网络学习训练,获取代表该地区的神经网络系数,用于反演计算大气温度、水汽密度、相对湿度和液态水廓线.与GPS探空数据对比,反演的大气温度廓线在7 km以下误差均在3 K以内,水汽密度廓线在6 km以下误差均在3 g/m2以内,部分底层廓线的反演值与GPS探空观测接近,获得了较好的反演结果.同时,通过模式分析出云水廓线,弥补GPS探空不足,利用微波辐射计观测进行验证,估算雷达路径积分衰减,用于试验降水雷达反演分析.     

地基微波辐射计反演温/湿度廓线的BP神经网络训练方案对比

为提高地基微波辐射计反演大气温/湿度廓线的精度,提出了一种直接利用高垂直分辨率探空资料与地基微波辐射计观测亮温训练反演温/湿度廓线BP神经网络方案.基于地基微波辐射计的观测特点,提出了一种基于微波辐射计地面观测资料和探空资料的观测亮温综合质量控制方案,利用质量控制后的观测亮温训练BP神经网络(OBS-BP),并与基于MonoRTM辐射传输模式模拟亮温训练BP神经网络(SIM-BP)的方法进行了对比.结果表明, OBS-BP反演温度廓线的均方根误差随高度逐渐增大,范围为0.62～2.81 K,偏差范围为-0.67～0.43 K,相关系数随高度的升高逐渐减小,变化范围为0.92～0.99;相对湿度廓线的均方根误差在0～4.75 km随高度升高而增大,在4.75 km以上随高度升高而减小,范围为8.21%～24.37%,偏差范围为-3.87%～4.54%,相关系数随高度升高逐渐减小,变化范围为0.13～0.94.将OBS-BP和SIM-BP反演高时间频次的温/湿度廓线的效果进行了对比,得出OBS-BP的反演结果能更好地反映对流层内大气温/湿度演变过程,相对于利用SIM-BP的反演结果, OBS-BP反演温/湿廓线在各个高度层上均优于SIM-BP,与探空资料具有更好的一致性,更适用于实际观测中地基微波辐射计温/湿度廓线的反演.     

嫦娥二号探月卫星成功发射

嫦娥二号卫星于2010年10月在西昌卫星发射中心发射升空,并获得了圆满成功。由长三丙火箭发射。嫦娥二号卫星上搭载的CCD相机的分辨率将更高,而探测设备也将有所改进,所探测到的有关月球的数据将更加翔实。     

从奔月之旅看嫦娥三号的七大首创

正"嫦娥抱玉兔,逐梦广寒宫",承载着中国首次地外天体软着陆和巡视探测任务的嫦娥三号月球探测嚣,去年12月2日1时30分从西昌卫星发射中心顺利升空,中国航天由此开启了一段崭新征程。一、嫦娥三号是什么嫦娥三号是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器,包括着陆器和月球车。二、嫦娥三号的使命嫦娥三号携带着中国的第一艘月球车——"玉兔号"月球车,在成功突破月球软着陆后开展月面巡视勘察、月面生存、深空测控通信与遥控操作     

融合升降轨PS-InSAR东营市地面沉降监测

针对PS-InSAR技术存在单一轨道覆盖率低、升降轨道基准难以统一的问题,提出一种融合升降轨数据共同获取地面形变场的方法。利用覆盖东营市的84景Sentinel-1A雷达卫星数据,采用PS-InSAR技术分别获得升轨和降轨下的垂直向形变量,进行升降轨解算结果内部互检。通过抗差最小二乘曲面拟合法统一参考基准,实现升降轨观测序列的数据融合,最终得到地面形变场。实验结果表明:升降轨下同名相干点内部互检相关系数优于0.8;升降轨数据融合中抗差最小二乘拟合法较传统方法点位精度提升3.3 mm;东营市在2018年1月至2019年7月期间地面沉降分布呈现东部沿海大于西部城区的特点,且最大沉降量为-458 mm。     

深空探测用数字开环多普勒技术初步研制及其在嫦娥一号探测任务中的应用

基于数字无线电技术, 开发了用于卫星视线方向速度测量的无线电开环多普勒测量方法和技术原理样机. 并在嫦娥一号卫星测轨任务中进行了观测试验, 利用卫星转发的S波段载波信号进行开环多普勒测量. 结果显示, 在1 s积分情况下, 嫦娥一号卫星的开环多普勒测量精度RMS达到3 mm/s（1σ）, 这已经与目前使用的USB （Unified S-Band, 统一S波段）测速数据的精度水平相当. 这个测量精度主要受制于上行站原子钟的短期稳定度. 进一步通过两站开环差分测量的办法, 可以有效地消除信号发射时的原子钟频率漂移和不稳定性, 使得测量精度RMS提高到1 mm/s （1σ）. 开环多普勒数据和差分数据已经开始尝试用于嫦娥一号卫星的定轨, 数据的精度评估和科学应用也将逐步展开. 这项技术的研制成功将对我国未来深空探测有重要的意义.     

瞬时状态归算用于嫦娥一号卫星关键轨道段监测

我国绕月探测工程嫦娥一号卫星（嫦娥一号）采用了联合S波段测距测速与VLBI跟踪的测轨模式. 我们实现了对跟踪资料的一种实时处理方法, 获得了嫦娥一号卫星的瞬时状态（位置和速度）时间序列, 用于关键轨道段监测. 本文介绍该实时处理方法以及在嫦娥一号卫星关键轨道段监测中的具体应用, 以资批评借鉴.     

基于同波束VLBI测量的月球交会对接轨道确定

我国探月工程三期"嫦娥五号"月球探测器(CE-5)将实现月球采样返回探测,月球交会对接是CE-5工程中的关键技术,CE-5任务中将采用地基无线电测距测速技术联合同波束VLBI测量技术实现对轨道器和上升器的联合测定轨,以支持月球交会对接过程特别是远程导引阶段的多探测器测控.本文分析了同波束VLBI测量数据在多探测器定轨中的应用,利用仿真数据分析了月球交会对接远程导引段的轨道器和上升器定轨精度,特别是两器间的相对定轨精度.选取的长弧和短弧定轨典型算例分析表明,利用10 ps精度的同波束VLBI数据,联合测距数据对轨道器和上升器定轨,可以达到1 m的相对定轨精度.     

基于嫦娥一号卫星微波辐射计数据的月球Cabeus撞击坑水冰含量研究

月球极地水冰存在与否、存在形式和存在数量等科学问题,是当前月球科学研究的重要目标之一.2009年10月9日,美国半人马座火箭和卫星相继撞击月球南极Cabeus撞击坑,证实了月球极地水冰的存在,但对其含量、分布范围等的研究还有争议.极地水冰的存在会改变极地月壤的介电常数,而微波辐射计是获取介质介电常数的最有效的工具.因此,根据37GHz频率条件下的月壤被动微波辐射传输数值模拟结果,改进月壤辐射传输模型.对比分析了Odelevsky模型、Wagner和Landau-Lifshitz模型、Clausius模型等8个常用的混合介电常数计算模型,表明Lichtenecker模型与改进的Dobson模型得到的介电常数值相差最大,折射模型得到的结果偏大,Odelevsky模型、强起伏定理与Wagner和Landau-Lifshitz模型、Clausius模型、Bruggeman-Hanai模型得到的结果非常接近.基于Odelevsky模型和改进的月壤辐射传输模拟,建立了月壤体积含冰量与微波辐射亮温的关系.并根据嫦娥一号卫星获取的相应的微波辐射计数据,进行了Cabeus撞击坑水冰含量反演研究.结果表明,改进的辐射传输模型适用于高频条件下的一层月壤辐射传输模拟;月球南极Cabeus撞击坑地区月壤微波辐射亮温为69.93K（37GHz）,相应的体积含冰量约为2.8%.     

基于VLBI数据的深空探测器精密三向测速及应用

本文研究了深空探测器信号基于软件锁相环的三向多普勒测速技术及传播介质误差校正方法,完成了对中国VLBI网接收的嫦娥三号X波段测控主载波信号的三向多普勒测量,精度达到0.64mm/s.测量结果被成功用于嫦娥三号的联合定轨,距离与三向多普勒速度定轨后残差的均方差分别为0.41m与0.55mm/s.获得的星历与参考精密星历位置均方差为17m,速度均方差为17mm/s,在参考精密星历内符精度以内.该技术还被用于基于欧洲火星探测器MEX地面观测的行星际闪烁研究.在高、低太阳倾角下,测量的频率与相位与欧洲联合VLBI研究所的结果一致.测量结果明确反映出太阳风等离子物质对MEX测控信号频率与相位的影响.本方法将用于我国未来深空探测与无线电科学研究.     

我国探月工程迈出新步伐“嫦娥三号”成功落月

<正>2013年12月2日1时30分,我国在西昌卫星发射中心用"长征三号乙"运载火箭,成功将嫦娥三号探测器发射升空。"嫦娥三号"奔月飞行约需112小时,期间视情况进行轨道修正。2013年12月6日,"嫦娥三号"飞行至月球附近,成功实施近月制动,顺利进入距月面平均高度约100千米的环月轨道;2013年12月10日,"嫦娥三号"按照既定控制策略自主完成环月降轨控制,顺利降至100千米×15千米环月轨道,进入软着陆准备     

毫米波装甲目标辐射亮温解及隐身材料主要参数计算

在毫米波辐射探测中,为得到真实目标的辐射亮温,采用BFGS方法从测得的天线温度数据反演出较稳定的毫米波装甲目标的辐射亮温.根据反演出的亮温,给出一种求得装甲涂层隐身材料的反射率和发射率的简单方法.     

基于地基测量数据的地月L2点探测器轨道确定

CE-5T1是探月工程三期的先导探测器,主要用于验证嫦娥五号(CE-5)飞行过程和再入返回技术,为CE-5任务的顺利实施奠定基础.CE-5T1在执行完主任务之后,又飞向了地月平动点L2,并绕L2点飞行约40 d,是我国第一颗绕地月L2点飞行的探测器.本文利用地基测距测速和VLBI干涉测量数据,对CE-5T1绕L2点飞行期间的轨道进行了定轨计算并分析精度.轨道动力学特征决定了绕L2点飞行的探测器需要采用较长弧段数据以提高定轨精度,而由于不同类型测量数据和轨道之间的几何特征差异,VLBI系统误差对定轨精度的影响要远大于测距系统误差.分析结果表明,综合利用5–7 d的测距测速和VLBI数据,CE-5T1在L2点的定轨后位置和速度精度分别为百米和毫米每秒量级.相关分析结果可以为我国后续执行类似任务的探测器(如CE-4)提供参考.