嫦娥一号图像数据处理与全月球影像制图

“中国首次月球探测工程全月球影像图”是我国第一幅覆盖月球的遥感影像图, 将成为嫦娥工程后期探测和月球科学研究的重要基础图件. 详细介绍了嫦娥一号CCD图像数据的获取、数据特点和数据质量, 描述了图像数据的处理方法和流程, 按制图规范对图像数据进行了镶嵌拼接和处理, 制作了覆盖全月球的1:250万比例尺影像图, 并进行了影像图的定位精度分析. 数据处理和制图结果表明, 嫦娥一号CCD数据及其定位精度能够满足1:250万比例尺的制图要求, 制作的“中国首次月球探测工程全月球影像图”, 其相对定位精度优于240 m, 平面定位精度约为100 m~1.5 km, 定位精度略好于2005联合控制网(ULCN2005)和克莱门汀基础地图(2.0版); 对所有像元进行了逐一光度校正, 大大改善了全球图像的一致性, 是目前覆盖最全、图像质量最好、定位精度最高的全月球影像图.     

史上首次!人类航天器在月球背面“巡逻” 中国“探月工程”嫦娥四号任务圆满成功

正1月3日,经过约38万公里26天的飞行,中国的嫦娥四号探测器成功在月球背面着陆。1月11日,嫦娥四号着陆器和玉兔二号巡视器正常分离,两器完成互拍,地面接收图像清晰完好;中外科学载荷探测数据正常下传;"鹊桥"中继卫星有效支撑测控通信需求;着陆器、巡视器、中继星状态良好,达到既定工程目标;工程任务转入科学探测阶段,探月工程嫦娥四号任务取得圆满成功。在人类历史上首次实现了航天器     

月球探测及月球重力场的确定

针对近年月球探测渐成热点和我国即将发射“嫦娥卫星”的状况，本文首先归纳了月球各项几何与物理特性以及月球探测的经济、科学和战略意义.然后，讨论了月球重力场在探月中的作用，并对国外月球重力场研究的发展历程、主要方法及面临的困难进行了综述.最后，结合我国“嫦娥工程”，对我国月球重力场探测的可行性，从航天运载能力、轨道跟踪手段、重力场恢复技术以及方法创新等方面进行了分析，以期为我国自主确定月球重力场模型提供参考依据.     

月球探测计划研究进展

详细介绍了国内外已实施的苏联"月球号"和"探测器号",美国"先驱者号"、"徘徊者号"、"勘测者号"、"月球轨道器号"、"阿波罗号"、"克莱门汀号"、"月球勘探者号"和"月球勘测轨道飞行器号",日本"飞天号"和"月亮女神1号",欧洲"智能1号",中国"嫦娥一、二号",印度"月船1号"等探测工具和未来实施的探月计划.详细介绍了美国GRAIL月球重力双星计划的总体概述、关键载荷和科学目标.具体阐述了我国下一代月球卫星重力梯度测量工程的实施建议和重要意义.认为我国下一代月球卫星重力梯度测量工程的成功实施将逐渐打破"太空战"的威胁,使世界和平得到有力维护.     

嫦娥三号

嫦娥三号卫星是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器．嫦娥三号由着陆器和巡视探测器（即“玉兔号”月球车）组成．进行首次月球软着陆和自动巡视勘察．获取月球内部的物质成分并进行分析．将一期工程的“表面探测”引申至内部探测。     

基于"嫦娥一号"跟踪数据的月球重力场模型CEGM-01

本文介绍了"嫦娥一号"月球探测卫星轨道跟踪数据的特征,简要阐述了基于动力法精密定轨解算月球重力场模型的原理及策略.在"嫦娥一号"测控数据精度和覆盖均有限的条件下,独立使用"嫦娥一号"月球探测器6个月的在轨运行双程测距测速跟踪数据,成功得到了50阶次月球重力场模型CEGM-01.通过多种方式,如重力场模型频谱特性、实测数据定轨残差、月球重力异常特征、与地形的相关性及导纳值,对解算得到的CEGM-01月球重力场模型进行了精度评价,分析了相应的物理特性和效果.结果表明了CEGM-01解算过程的有效合理.在此基础上展望了我国月球重力场探测未来可能的发展方向.     

嫦娥一号激光测距数据及全月球DEM模型

激光高度计是搭载在CE-1上的主要载荷之一, 用于月球表面的地形测量. 2007年11月28日02点22分, 激光高度计成功获得第一个探测数据, 截止到2008年12月4日, 总共获取了约912万个探测数据, 数据覆盖全月面. 我们利用这些探测数据制作了空间分辨率为3 km的全月DEM模型, 月表地形地貌特征反映明显, 地形细节表达层次分明、清晰可辨. DEM模型的平面定位精度为445 m (1σ), 高程测量精度为60 m (1σ). 根据这一DEM模型, 测得月球表面最大高差为19.807 km, 最高点位于Engel’gardt撞击坑东缘(158.656°W, 5.441°N, +10.629 km), 最低点位于Antoniadi撞击坑底部(172.413°W, 70.368°S, -9.178 km). 通过比较, CE-1的激光高度计DEM模型, 在精度和分辨率上明显优于美国ULCN2005, 与日本SELENE激光高度计DEM模型相当, 测量到的最高点与SELEN结果相似, 但CE-1数据新发现了比SELEN结果更低的最低点.     

利用shearlet变换对探月雷达数据进行月壤结构的重建

探月雷达作为嫦娥三号和嫦娥四号月球探测任务中最重要的科学载荷之一,其目标是探测月壤及地下结构信息.然而,嫦娥三号探月雷达的第二通道数据受到横向杂波的干扰,使得有用的反射信息被掩盖.这些杂波可以认为是影响数据质量的横向噪声,使得探月雷达数据信噪比低,影响数据解释.本文将利用shearlet变换对探月雷达数据进行信号分析与噪声去除,并对嫦娥三号着陆区的月壤结构进行重建.首先,在shearlet域中,观察横向噪声的分布,并分离出以噪声为主的shearlet分量,并得到重建后的雷达数据.随后,为充分利用嫦娥三号第二通道两套数据的整体优势,对两套经过shearlet变换去噪后的雷达数据进行融合,得到综合探月雷达图像,有效得去除了水平噪声并增强了来自浅月表的有效信号.最后,根据探月雷达处理结果对嫦娥三号着陆点的月壤结构进行重建,重建结构中的溅射物厚度与撞击坑溅射物经验公式结果得到了相互印证.     

在嫦娥一号探月工程中求定月球重力场

月球重力场制约着近月外空间物体的运动,同时环月飞行器的运动也反映了月球重力场的作用. 本文结合我国嫦娥一号探月工程,探讨了利用月球卫星的地面跟踪资料,求定月球重力场的基本理论和方法,分析了环月卫星的轨道高度、地面跟踪采样时间间隔和跟踪精度等对求定月球重力场的影响. 若单独利用我国嫦娥一号探月工程的地面跟踪数据,恢复30阶次左右的月球重力场模型是一个比较实际的目标. 地面跟踪最好能以75s的时间间隔进行采样,数据连续提供时间应不少于30个昼夜,月球卫星星下点的月面轨迹间距不大于110km.     

月球探测计划中影像数据的格式

月球影像数据是研究月球的地貌、地表形态，绘制全月地形图以及进行各种相关科学研究的基础.早期的Lunar orbiter，Apollo，Surveyor基本是以模拟影像格式传回地球，经过扫描后以照片形式发布.Clementine 的数据是通过PDS中心，以PDS的形式发布的.影像数据的保存与发布格式应遵循以下原则：数据格式要便于经常更新和补充；能够在各种平台和各不同目的使用人群中方便地使用；要符合国际标准，方便处理，能够与以前多次探测计划得到的数据结合使用.为中国嫦娥工程的影像数据格式提出建议.     

“嫦娥一号”微波探测仪探测月壤厚度机理和地面验证实验

“嫦娥一号”微波探测仪（CELMS）是国际上首次在月球轨道直接测量月球亮温的被动微波遥感器,其科学目标是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.介绍了月壤厚度探测机理,建立了亮度温度随月壤厚度变化的理论模型,利用地面验证实验对探测机理和辐射传输模型进行了初步验证.     

Lunar polar illumination based on Chang'E-1 laser altimeter

月球极区光照模型为研究月球车着陆点选择和水冰存在的探测提供了依据.利用“嫦娥一号”探月卫星获取的激光测高数据,得到了全月面高精度的数字高程模型(DEM),特别是在月球两极地区,地形细节清晰可见,为极区光照模型的建立提供了精确的数据基础.本文通过由测高数据建立的DEM和月球轨道参数相结合,采用地形最大高度角法,对月球极区的光照条件及其应用进行了研究和分析.光照率的计算周期为19年,考虑了黄道和白道交点进动的影响(18.6年).计算结果表明:(1)未发现有持续光照区;(2)有长久阴影区存在;(3)在南极或北极的夏季,撞击坑边沿高地处可以享受到连续的光照;(4) Shackleton撞击坑可以作为月球车着陆的首选目标之一.     

基于嫦娥一号卫星激光测高数据的月球数字高程模型

利用嫦娥一号激光高度计获取的800多万个有效记录点科学数据,描述了一种基于Kriging插值方法来生成空间分辨率为0.25°×0.25°全月球均匀网格的数字高程模型.即对激光高度计科学数据进行加权插值,通过引进以距离为自变量的变差函数来计算权值.因变差函数既可以反映激光测高数据的空间结构特性,又可以反应激光测高数据的随机分布特性,故采用Kriging方法插值可以得到较理想的月球高程模型.同时,基于生成的全月球数字高程模型得到了月球的汉麦尔投影、麦卡托投影、正面、反面、南极、北极等月球地形图.该模型也与国际上的月球模型Clementine、ULCN2005与CLTM-s01进行了对比.由于嫦娥一号激光测高数据达800多万个记录点,得到的月球数字高程模型的精度更高.     

地球空间双星探测计划

地球空间双星探测计划包括两颗小卫星,将分别运行于目前国际上地球空间探测卫星尚未覆盖的近地赤道区和近地极区.双星计划的主要科学目标是用高分辨率的仪器在近地空间的主要活动区探测场和粒子的时空变化;研究磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴的触发机制及磁层空间暴对太阳活动和行星际扰动的响应过程;建立地球空间环境的动态模式.为了实现科学目标,赤道卫星和极区卫星上各载有9台探测仪器.赤道卫星的轨道是:近地点550km,远地点60000km,倾角约2.5°;极区卫星轨道是:近地点350km,远地点25000km,倾角约90°左右.为了使双星计划与欧空局ClusterⅡ相配合,赤道卫星计划于2002年12月发射,极区卫星计划于2003年6月发射.双星计划与ClusterⅡ相配合,可形成地球空间6点探测计划,这将成为21世纪初国际上重要的地球空间探测计划.     

基于"嫦娥一号"激光测高数据的月球极区光照条件研究

月球极区光照模型为研究月球车着陆点选择和水冰存在的探测提供了依据.利用"嫦娥一号"探月卫星获取的激光测高数据,得到了全月面高精度的数字高程模型(DEM),特别是在月球两极地区,地形细节清晰可见,为极区光照模型的建立提供了精确的数据基础.本文通过由测高数据建立的DEM和月球轨道参数相结合,采用地形最大高度角法,对月球极区的光照条件及其应用进行了研究和分析.光照率的计算周期为19年,考虑了黄道和白道交点进动的影响(18.6年).计算结果表明:(1)未发现有持续光照区;(2)有长久阴影区存在;(3)在南极或北极的夏季,撞击坑边沿高地处可以享受到连续的光照;(4)Shackleton撞击坑可以作为月球车着陆的首选目标之一.     

利用卫星长波长地球物理位场对东亚地区深部结构的研究

有研究表明从中国北部经黄海、朝鲜半岛、日本海至日本本州岛存在一个大型断裂带,被称为“北纬40°断裂带”.为了验证该断裂带的存在性,本文通过GRACE和CHAMP卫星的位场数据中的大尺度区域重力和磁力异常来研究该区的大型构造特征.区域性研究范围为24°N~56°N,90°E~150°E,详细研究范围为32°N~42°N,122°E~132°E.2008年Taylor等利用CHAMP卫星2005年6月至12月收集的轨道数据,从测量数据中消除地核和外部产生磁场效应,经化磁极之后得到磁异常图,从中来追踪构造特征,并根据地质和地球物理资料建立了数学模型来进行解释.本文在此基础上,增加了GRACE卫星2003年10月份测量的重力异常场数据.实测差分位场数据利用高斯-勒让德求积法转换为垂向重力异常值,通过减去最新地球重力场模型（EGM96）的场值来去除波长超过1100 km的长波长异常,所得的重力异常数据和磁场数据进行比较.为了能从中得到研究区的共同构造特征,建立一个球面棱柱模型进行正演模拟、并进行重、磁异常场的波数相关性分析.研究发现在重、磁异常中均发现一个呈负相关的纬向构造特征,东亚地区“北纬40°断裂带”横穿了整个朝鲜半岛.     

“嫦娥一号”卫星微波探测仪数据处理模型和月表微波亮温反演方法

"嫦娥一号"卫星(CE-1)微波探测仪(CELMS)是人类第一次在月球轨道上对月球表面进行探测的被动微波遥感器.在发射前,CELMS在实验室进行了大量的关于系统响应参数和定标的试验,但是由于月球轨道条件复杂,特别是一轨之内温度变化很大,使得辐射计的各个部件的温度变化剧烈;冷空定标天线安装位置、月球轨道冷空背景的复杂性,使数据处理变得非常严峻.尤其是在轨两点定标数据的处理,涉及冷空的有效性判别以及通道传输参数随着温度的变化,都需要先验的知识和预先的测量数据作为支撑.而关于月表成分、温度和微波辐射规律存在大量的未知因素,所以给数据处理和分析带来很大的困难.通过对于CELMS地面和在轨数据的分析,结合月表已知的特征参数,详细讨论CELMS在轨定标及亮温处理的实现过程.重点论述了定标的微波辐射传输原理及其参数的试验测试方法,微波亮温的反演算法等内容,并通过与模拟的Apollo点数据的比较确定在轨天线的订正系数.最后对全月的亮温分布及其特点进行了分析,初步结果表明:月表微波亮温包含了丰富的有关月壤特性的信息,尤其是昼夜亮温差异能够较为直接地反映了月壤厚度和表面介电常数的信息.     

月震和遥感探测技术的发展对月球内部结构认识的深化

基于月球内部结构的主要探测手段,即早期绕月卫星重力观测、月面月震观测和月球高分辨率遥感观测与月震数据的综合应用,可将月球内部结构的认识过程分为三个阶段,文章分别对这三个阶段的观测技术、数据情况、数据处理及代表性研究成果进行了详细的介绍及评述,阐明了探测技术的发展对月球内部结构认识的深化过程:通过早期绕月卫星摄动观测获得的低阶月球重力场开启了对月球内部结构的初步认知,发现月球表面存在高密度异常体(即质量瘤);早期的月震观测是月球内部结构认识的重要手段,获得了月球圈层结构的轮廓;月球高分辨率遥感数据,作为外部数据为月球内部结构的研究提供了更多的约束,同时,与月震数据的综合应用,深化了对月球内部结构的认识.最后对月球内部结构研究中尚存在的问题及探测技术的发展前景进行了分析和展望.     

高地磁活动与fmin

电离层垂直探测电离图上的最低频率f_min作为电离层吸收的衡量标准与突发电离层骚扰（SID）的识别“指示”,已为人所共知。然而,从最近作者对武昌（30.5°N,114.4°E;磁倾纬度26.4°N;L约为1.20）上空电离图及其分析资料的考查表明:通过对f_min与各种类型的E_s-l的对比分析,发现可将f_min用于研究强吸收与高地磁活动的关系,从而为研究高地磁活动开辟了新的途径。     

我国深部探测技术与实验研究进展综述

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe,2008-2012)是我国历史上实施的规模最大的地球深部探测计划.专项开展了全国4°×4°、华北和青藏高原1°×1°的大地电磁阵列观测,建立了全国地球化学基准网(含78种元素),完成了青藏高原、华南-中央造山带、华北和东北等四条超长深地震反射剖面,部署了罗布莎、金川、腾冲、南岭、庐枞和铜陵等大陆科学钻探实验,开展了青藏高原东南缘和华北地区地应力监测;在我国东部长江中下游和南岭成矿带开展的矿集区立体探测卓有成效.同时,专项还开展了岩石圈三维结构与地球动力学数值模拟、大陆地壳结构与演化的综合研究.专项全面实施以来,已经完成约6000 km的深地震反射剖面,成功研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法,积累了丰富经验,极大地加快了我国深部探测的进度,在国内外产生了强烈的反响.专项实现了技术组合创新、技术进步与重大科学发现的并举,适应我国地质地貌条件和地壳/岩石圈结构特征,初步形成了具有不同层次、不同尺度、不同精度探测空间组合的深部探测技术方法体系,建立了若干各具地质特色的探测试验基地.专项实验已经取得了一系列重大突破与重要成果,深部探测关键仪器装备自主研发获得重大突破,为全面开展地壳探测工程的组织实施奠定了必要的技术基础.