月球表面矿物二向性反射特性实验研究

月表物质成分探测是月球探测的重要组成部分。研究矿物在光学波段的吸收特征,可以达到识别月表矿物的目的。作为月岩的风化产物,月壤的成分包括了主要的月球成岩矿物:斜长石、橄榄石、辉石等。本课题以斜长石和单斜辉石作为研究对象,旨在研究单矿物的二向性反射特性。影响月壤反射率的因素包括成分、表面物理特性等多种因素,研究中选用美国ASD公司Filedspec3光谱仪,测量单矿物不同颗粒粒度状态下350~2500nm的二向性反射特征。结果表明,观测几何角度变化对反射率的影响较大,有明显的二向性特征,在方位角180°及0°方位热点较明显。反射率随粒径降低而增加。实验结果可为月表矿物反演研究提供有力的证据。二向性反射方向的研究也为合理选择观测几何条件提高月表信息获取精度成为可能。     

顾及太空风化效应的虹湾地区矿物含量反演

月表矿物含量反演是研究月球地质起源和演化的关键.太空风化作用普遍发生在月球表面,对矿物纯净光谱造成了不可忽视的影响,它弱化光谱吸收特征, 降低反射率,影响矿物含量遥感反演精度.基于Relab光谱库和Hapke辐射传输模型,将月表 4种矿物(单斜辉石、斜方辉石、斜长石、橄榄石)的二向性反射率转换成同向性的单次散射反照率,然后计算矿物的光学常数;再根据亚微观金属铁SMFe(submicroscopic metallic iron)的质量分数模拟6种不同程度太空风化效应,得到端元矿物的反射率光谱;最后基于上述方法,利用多端元线性分解方法和M3(moon mineralogy mapper,月球矿物绘图仪)高光谱数据反演不同风化程度下的矿物含量,得到月表虹湾地区辉石、斜长石、橄榄石3种矿物的含量分布.实验表明,利用多端元线性分解可以有效模拟太空风化效应对矿物光谱的影响,是研究太空风化效应影响下矿物识别及含量反演的一种行之有效的方法.      

Apollo16登月区Hapke模型参数反演及模型敏感性分析

月表光度行为描述了月表物质反射的太阳光随入射、出射和太阳相角的变化,其反射率的不同取决于月壤颗粒大小、粒子形状、透明度、孔隙度、表面粗糙度等因素。为了分析月表光度行为,了解区域反射率差异原因,本文以Apollo16登月区为例,使用M³（moon mineralogy mapper）数据反演Hapke模型物理参数,并分析了Hapke模型光度参数对二向性反射率的影响程度。反演结果显示,本文研究区域光度参数b、h_S变化很小,光度参数w有一定的变化;表明本文研究区域反射率不同主要是w的差异造成的。研究区域月壤中各类矿物颗粒的前向散射占主导地位,月壤结构和粒径总体相近,但在孔隙度、风化层填充物状态及表面粗糙度等因素中至少有一种因素存在差异。     

中红外光谱在月球探测中的应用

硅酸盐矿物的中红外光谱一般具有明显的CF特征和Reststrahlen吸收带,这些特征都与硅酸盐的组成密切相关,可以作为判别其组成的指示特征。月球表面的主要矿物有辉石、斜长石、钛铁矿和橄榄石,其中除了钛铁矿以外,都属于硅酸盐的范畴。如果充分利用月球表面硅酸盐的红外光谱特征,即CF特征和Reststrahlen吸收带,将可以用于探测VIS-NIR光谱无法完成的探测目标:钙长石、橄榄石、石英和碱性长石等。如果在嫦娥工程的后续探测器(如轨道器、月球车或者软着陆平台)上搭载中红外光谱仪对月表物质进行探测,将有利于成功实现对月球表面的矿物和岩石的精确探测,这也将是我国首次采用中红外光谱探测仪对月球进行系统的矿物与岩石探测。     

月球探测中月面热环境影响的研究现状

在月球探测中,多光谱、热红外、被动微波辐射等探测技术被广泛应用于月表物质组分和物理特性的探测,也积累了大量探测数据。月球太阳辐照、月球表面温度、地球反照和内部热流等月面热环境的变化,改变了月表物质反射率、热发射率以及其他电磁学等基本性质,制约了探测数据的准确解译;同时,大幅度的太阳辐射强度和月面温度变化也直接威胁月面探测中巡视探测器和宇航员的安全。但是,目前月球表面热环境对探测活动的影响认识还比较欠缺,月面热环境的时空变化规律认识还不够充分,在实验研究不足的情况下对各种探测方式的影响缺乏系统的理解。结合月球探测的发展,进一步立足实验手段和探测结果,通过开展不同地形条件下月面太阳辐射和物理温度的时间变化和空间分布规律研究、探测数据与月面热环境参数时空匹配问题研究、建设具备类似物质组成和月面热环境特征的实验场地以及开展系统的热环境影响模拟实验研究,全面认识月面热环境参数的时空变化规律,探讨月面热环境对不同探测方式的影响将是月面热环境研究的重要内容。     

基于嫦娥一号卫星激光高度计数据的月表有效反射率

月壤厚度反演是我国月球探测的重要科学目标之一,其重要影响因素之一就是月球表面的有效反射率.前人在月壤厚度反演研究中使用了光滑月表反射率模型,使得月表水平极化反射率和水平极化反射率分别为0.063和0.028(观测角:30°).然而,月球表面是非常粗糙的,必须建立适合粗糙月球表面的有效反射率模型.因此,以嫦娥一号卫星微波辐射计数据的空间分辨率(3 GHz通道,56 km×56 km)为标准,利用每个微波辐射计像元范围内的激光高度计数据(8×8个)建立相应的粗糙月表模型.然后,基于Q/H模型,进行月球表面的有效反射率研究,生成了观测角为30°时月球表面水平极化有效反射率和垂直极化有效反射率分布图.结果表明,月球表面的粗糙性对月表反射率影响很大,使得水平极化反射率降低,局部地区降至0.050;垂直极化反射率增加,局部地区可达0.040,增幅达40%.     

月球反射光谱学及应用

随着我国探月工程稳步开展以及未来深空探测需求,反射光谱学研究在我国重新受到重视。文中简要介绍了月球反射光谱学原理及其研究方法,并以“嫦娥三号”着陆场所在的雨海地区为例展示反射光谱学的部分应用。与背面斜长岩高地相对单调的光谱特征不同,雨海周边高地展示了多样性的吸收特征,岩石类型以苏长岩质岩石为主,橄榄石、辉石、尖晶石等矿物都有分布。月球上最古老的和最年轻的玄武岩在雨海盆地也都有分布。古老的中、低钛玄武岩以易变辉石为主兼有少量低钙普通辉石,年轻的高钛玄武岩富含橄榄石。雨海乃至整个风暴洋地区玄武岩较之其他月海玄武岩贫Ca。雨海地区的元素、矿物组成以及玄武岩时代都具多样性,该区是研究月球热演化的重要地区。     

基于Hapke辐射传输模型的月壤光谱模拟

由于月球采样点较少,月壤真实数据稀缺,限制了对月球科学问题的进一步研究。较全面系统地采集月壤样品在近期很难完成,开展月壤光谱模拟工作是月壤实测光谱的必要有益补充,可以为研究月壤光谱特征提供大量数据。基于Hapke模型,我们选取RELAB光谱库的斜长石、单斜辉石、斜方辉石、橄榄石、单质铁、钛铁矿、火山玻璃、熔融玻璃等典型月壤矿物,运用牛顿插值和最小二乘优化的方法,模拟了LSCC月壤数据的一定粒径、单质铁含量、观测条件及矿物混合比例下的混合光谱。模拟光谱与实测光谱拟合较好,相关系数均大于0.99,均方根误差在10-3数量级;模拟矿物丰度与实测矿物丰度基本一致;模拟SMFe含量与相对成熟度指数Is/FeO线性关系明显;模拟粒径基本落在实测粒径组范围内。最后,文中讨论了光谱吸收中心波长、吸收面积等光谱特征参数的模拟精度,以及高精度模拟光谱时光学常数的计算方法。     

月面环境与月壤特性研究的主要问题探讨

月面环境与月壤特性是月球探测和月球科学研究的重要基础,对它们的研究一直在不断加深,本文对月球表面地形地貌、热环境以及月壤特性三个方面的研究现状进行了总结,初步分析了这三个方面研究目前存在的一些主要问题：（1）地形地貌对月球定量遥感的影响以及南极艾特肯（SPA）盆地等地貌单元的年代学划分和成因演化;（2）月面热辐射、月表物理温度和热流等月面热环境特征的进一步探测和全面分析,以及其对地球反照率变化的响应;（3）月壤形成演化过程及空间风化作用,月球极区氢富集机制和水冰探测,以及月球资源开发利用。     

月球风暴洋火山口暗物质矿物反演及地质意义

月表主要矿物的空间分布是研究月球起源及演化等科学问题的重要信息之一.以风暴洋地区为例, 根据不同矿物光谱在可见光-近红外波段的吸收特征, 使用印度M3(moon mineralogy mapper)数据, 应用波谱特征拟合法(SFF)反演了火山口附近暗物质区域的单斜辉石、斜方辉石、橄榄石和尖晶石等铁镁质矿物的分布, 反演结果显示: 风暴洋地区提取的铁镁质矿物分布较集中, 其中辉石含量较多, 橄榄石和尖晶石含量相对较少.另外着重分析了橄榄石、尖晶石与周围矿物的关系及其地质意义.将提取结果与Lucey用于Clementine影像的光学模型填图结果进行对比显示, 提取的橄榄石分布集中, 但不存在大尺度的分布, 这与本文的研究区域面积有关; 就位置而言, 二者具有较好的一致性.      

Correlation analysis and partial least square modeling to quantify typical minerals with Chang＇E-3 visible and near-infrared imaging spectrometer＇s ground validation data

In 2013, Chang＇E-3 program will develop lunar mineral resources in-situ detection. A Visible and Near-infrared Imaging Spectrometer （VNIS） has been selected as one payload of CE-3 lunar rover to achieve this goal. It is critical and urgent to evaluate VNIS＇ spectrum data quality and validate quantification methods for mineral composition before its launch. Ground validation experiment of VNIS was carried out to complete the two goals, by simulating CE-3 lunar rover＇s detection environment on lunar surface in the laboratory. Based on the hyperspectral reflectance data derived, Correlation Analysis and Partial Least Square （CA-PLS） algorithm is applied to predict abundance of four lunar typical minerals （pyroxene, plagioclase, ilmenite and olivine） in their mixture. We firstly selected a set of VNIS＇ spectral parameters which highly correlated with minerals＇ abundance by correlation analysis （CA）, and then stepwise regression method was used to find out spectral parameters which make the largest contri- butions to the mineral contents. At last, functions were derived to link minerals＇ abundance and spectral parameters by partial least square （PLS） algorithm. Not considering the effect of maturity, agglutinate and Fe~, we found that there are wonderful correlations between these four minerals and VNIS＇ spectral parameters, e.g. the abundance of pyroxene correlates positively with the mixture＇s absorption depth, the value of absorption depth added as the in- creasing of pyroxene＇s abundance. But the abundance of plagioclase correlates negatively with the spectral parame- ters of band ratio, the value of band ratio would decrease when the abundance of plagioclase increased. Similar to plagioclase, the abundance of ilmenite and olivine has a negative correlation with the mixture＇s reflectance data, if the abundance of ilmenite or olivine increase, the reflectance values of the mixture will decrease. Through model validation, better estimates of pyroxene, plagioclase and ilmenite＇s abundances are given. It is concluded that VNIS has the capability to be applied on lunar minerals＇ identification, and CA-PLS algorithm has the potential to be used on lunar surface＇s in-situ detection for minerals＇ abundance prediction.     

月球冷海玄武岩矿物成分研究

月海玄武岩的矿物组成反映了岩浆源区的化学成分以及岩石形成时的物理和化学环境,对月球热演化研究以及月球资源的开发利用都具有重要意义。本文选择延展范围长的冷海为研究区,基于月球矿物成像光谱仪(Moon Mineralogy Mapper,简称M3)数据研究其矿物的空间变化特征。综合利用光谱、地形、元素等多源遥感数据将冷海划分为25个地质单元。提取169条新鲜坑光谱曲线,获取吸收中心波长、波段面积比等光谱参数。通过光谱吸收特征分析,获得冷海玄武岩铁镁质矿物变化特征。东部冷海地层较老,铁镁质矿物主要为单斜辉石,辉石钙含量较月球样品单斜辉石钙偏低,与澄海以及雨海老的地层矿物组成类似。西部冷海和露湾的地质单元较为年轻,富含橄榄石。风暴洋和雨海年轻玄武岩的矿物也富含橄榄石。这种富含橄榄石、大面积分布的玄武岩反映了月球晚期热演化的独特性。尽管地理上冷海为一个独立的月海,其东西部玄武岩矿物组成的差异以及与其同位置周围月海矿物组成的类似性反映了冷海玄武岩源区与周围月海具有联系。     

Spectral Reflectance Features of Rocks and Ores and Their Applications

The spectral reflectance features of rocks and minerals are correlated with their composition,col-or,grain size and surface state.Different wall rocks,altered rocks and ores have their spectral reflectance features,which are very helpful for the explanation of remote sensing data and searching for mineral deposits by remote sensing.After the treatment of spectrum data and searching for mineral deposits by remote sensing.After the treatment of spectrum data of rocks and ores and physical and chemical parameters in the mathematical statistics,we analyzed the laboratorial spectrum dataand put forward better wave bands(520-590,650-710,730-760,770-860,1560-1760,2200 and 2300-2400nm) for distinguishing rocks and ores.     

Mapping Lunar Olivine Using Clementine Spectral Indices and Chemical Composition Parameters

Olivine exposures at the central peak of Copernicus crater of the Earth's Moon have been confirmed by telescope observations and Clementine spectra data.Using these exposures as training sites,this stu...     

新疆西准噶尔包古图斑岩铜矿蚀变岩石的光谱特征及其意义

地物的光谱特征是遥感识别地物的主要依据,不同地物的反射光谱具有其特定的吸收特征谱带。利用ASD和PIMA反射光谱测试仪对新疆西准噶尔包古图斑岩铜矿Ⅱ号、Ⅴ号斑岩铜矿岩体的蚀变围岩(地表采样与钻井采样)进行测试,并对结果进行分析总结。根据反射光谱特征谱带获得蚀变矿物的种类,确定了岩体的蚀变矿物组合,得到反射光谱的吸收谷在ASTER数据中所处的波段;对反射光谱曲线进行数学积分,获得ASTER数据中的强吸收波段。将以上2种分析得到的吸收性波段组合应用于蚀变遥感异常信息提取,结果表明蚀变遥感异常与野外地质特征吻合程度较高。反射光谱分析表明确定岩石矿物的反射光谱特征谱带是进行遥感信息提取工作的前提,波段组合选取对提取蚀变遥感异常信息非常重要。     

Hyperspectral satellite data (Hyperion) preprocessing—a case study on banded magnetite quartzite in Godumalai Hill, Salem, Tamil Nadu, India

This paper deals with many calibration methods involved in preprocessing of hyperspectral remote sensing data, while radiation calibration with respect to magnetite minerals without altering image reflectance. Radiometric calibration is the basis and important for both hyperspectral data applications and quantitative remote sensing. While at present there are many methods available for radiometric calibration in the spaceborne hyperspectral data, here, we used the highest spectral resolution Hyperion EO-1 satellite data using a variety of calibration models, which include the calibration model based on atmospheric radiation theory, conversion model as scene dependent such as flat field model, internal average reflectance model, logs residual modified model, and linear model based on the experience of the ground calibration, and so on, and hyperspectral data calibration study was implemented with magnetite mineral. After the above three models contrast, we have arrived at the conclusion that calibration model based on atmospheric radiation theory is the finest radiation calibration method for Hyperion satellite data preprocessing.