月球表面实时温度模型

国外相关研究结果表明,月球表面的光度学稳定度可达10^-8/年,是自由空间内稳定的辐射参考源,可用于星载遥感仪器的外定标。与基于地球表面目标观测的在轨定标方法相比,最大的优势在于在轨月球观测信息中没有大气辐射的贡献,大气窗区和非窗区处理方式几乎一致。同时,作为整体发射率稳定的自然天体,月球表面的温度范围在90—390 K之间,完全满足通常对地观测探测的动态范围要求。月球复杂的表面辐射特性,是制约对月定标技术发展的主要原因之一。月球表面辐射特性与月表发射率、月表温度密切相关。月表温度分布是月球重要的热物理参数之一,是月球表面热演化模型的必要边界条件,同时也是研究月球表面发射谱的关键参数。获取月表温度的方法大致可以分为两大类：直接测量温度数据和建立物理模型预测。直接测量温度数据又可以细分为下面3种方法：地基遥感测量、绕月探测卫星遥感测量、登陆月球直接测量表面温度。地基观测的空间分辨率很低,只能反映出一大片区域的平均温度;另外两种方法花费巨大,且不能对全月的温度变化进行长期的观测。月表温度物理模型基于热传导理论,结合月壤样本的热物理参数,将月球当成半无限固体,根据Stefan-Boltzmann定律和能量守恒定律,得到月表物理温度和太阳辐照度、月球内部热流的关系。太阳辐照度是月表温度分布的最重要的因素。本文以天文计算为基础,准确描述月表有效太阳辐照度与太阳常数、太阳辐射入射角以及日月距离之间的关系,建立一个可以计算任意时刻、任意经纬度坐标点的月表温度模型,从而有助于准确描述月表辐射特性。与风云二号G星的观测结果对比,该模型可以准确描述月相的变化。阿波罗15号首次开展了一系列探索月球的科学试验,其中在登月点附近开展的月表热流试验是ALSEP（Apollo Lunar Surface Experiments Package）的重要组成部分。月表热流试验提供了登月点附近长时间的月表温度数据,通过与阿波罗15号实测数据进行对比,当太阳高度角大于0°时,该模型可以准确描述月球表面的温度变化;当太阳高度角在一定范围内时,模型的温度误差在1 K以内。     

月球表面实时温度模型（英文）

国外相关研究结果表明,月球表面的光度学稳定度可达10–8/年,是自由空间内稳定的辐射参考源,可用于星载遥感仪器的外定标。与基于地球表面目标观测的在轨定标方法相比,最大的优势在于在轨月球观测信息中没有大气辐射的贡献,大气窗区和非窗区处理方式几乎一致。同时,作为整体发射率稳定的自然天体,月球表面的温度范围在90—390 K之间,完全满足通常对地观测探测的动态范围要求。月球复杂的表面辐射特性,是制约对月定标技术发展的主要原因之一。月球表面辐射特性与月表发射率、月表温度密切相关。月表温度分布是月球重要的热物理参数之一,是月球表面热演化模型的必要边界条件,同时也是研究月球表面发射谱的关键参数。获取月表温度的方法大致可以分为两大类:直接测量温度数据和建立物理模型预测。直接测量温度数据又可以细分为下面3种方法:地基遥感测量、绕月探测卫星遥感测量、登陆月球直接测量表面温度。地基观测的空间分辨率很低,只能反映出一大片区域的平均温度;另外两种方法花费巨大,且不能对全月的温度变化进行长期的观测。月表温度物理模型基于热传导理论,结合月壤样本的热物理参数,将月球当成半无限固体,根据Stefan-Boltzmann定律和能量守恒定律,得到月表物理温度和太阳辐照度、月球内部热流的关系。太阳辐照度是月表温度分布的最重要的因素。本文以天文计算为基础,准确描述月表有效太阳辐照度与太阳常数、太阳辐射入射角以及日月距离之间的关系,建立一个可以计算任意时刻、任意经纬度坐标点的月表温度模型,从而有助于准确描述月表辐射特性。与风云二号G星的观测结果对比,该模型可以准确描述月相的变化。阿波罗15号首次开展了一系列探索月球的科学试验,其中在登月点附近开展的月表热流试验是ALSEP(Apollo Lunar Surface Experiments Package)的重要组成部分。月表热流试验提供了登月点附近长时间的月表温度数据,通过与阿波罗15号实测数据进行对比,当太阳高度角大于0°时,该模型可以准确描述月球表面的温度变化;当太阳高度角在一定范围内时,模型的温度误差在1 K以内。     

基于光谱分解的Clementine UV/VIS/NIR数据月表矿物填图

月表主要矿物的空间分布是研究月球起源演化等科学问题的重要基础信息之一。基于Hapke模型与光谱线性分解的矿物提取方法,利用Clementine UV/VIS/NIR数据提取月表单斜辉石、斜方辉石、橄榄石、斜长石及钛铁矿等5类主要矿物的体积百分含量分布,并基于阿波罗（Apollo）月岩（壤）矿物分析数据对提取结果进行评价,对方法和提取结果中存在的问题进行分析,提出了进一步改进的措施。     

顾及矿物粒径的月表虹湾地区矿物填图

月表矿物丰度及其分布的研究对月球资源利用有重要的指导意义。Hapke模型是月表研究最常用的一种模型,粒径是该模型计算时必须明确的参数之一。为了研究月表5种主要矿物(单斜辉石、斜方辉石、斜长石、橄榄石和钛铁矿)的丰度及分布情况,在顾及矿物粒径对其光谱影响的情况下,利用Relab光谱库数据和Hapke辐射传输模型,采用全约束线性分解的方法,建立了5种矿物的反演模型,得到上述5种矿物的模型相关性分别为0.98,0.98,0.83,0.91和0.50,并用Apollo采样点数据对模型精度进行了验证,最后将模型应用到月表虹湾地区的印度探月卫星月球矿物制图仪(moon mineralogy mapper,M~3)高光谱影像上,得到了虹湾地区5种矿物的丰度分布图。结果表明,顾及矿物粒径的全约束线性分解方法可用于月表矿物分布特征研究。     

基于多源遥感数据的弯曲月溪形貌特征解译

弯曲月溪是月球火山作用的产物,其形貌特征可以反映月海玄武岩的喷发历史和演化结果。基于最新高分辨率遥感月表图像和高精度DEM数据,分析月球Aristarchus地区弯曲月溪的形貌特征;结合Clementine UV/VIS多光谱图像的波段比值合成图像,分析月溪的物质成分。研究结果支持弯曲月溪的玄武岩熔岩流热侵蚀成因,表明研究区内的弯曲月溪具有相同的物源特征,月表坡度是控制月溪的主要因素。     

基于“嫦娥一号”干涉成像光谱数据的月表虹湾地区FeO及TiO_2含量评估

基于"嫦娥一号"干涉成像光谱数据对月表虹湾地区元素分布进行分析。首先对该数据进行辐射畸变校正、反射率反演和几何校正等预处理;然后基于Apollo月球样品含量的实验室实测数据,建立一套基于"嫦娥一号"干涉成像光谱数据的FeO及TiO2含量反演模型;最后计算获取月表虹湾地区FeO及TiO2含量的分布图,并针对分布结果对虹湾地区的成因提出假设。     

嫦娥二号影像密集匹配及DEM制作方法

嫦娥二号卫星搭载了一台两线阵CCD立体相机,以线阵推扫成像方式获取了覆盖全月球的7 m分辨率影像。与嫦娥一号影像相比,影像分辨率大大提高,月表地貌细节更加丰富,制作高分辨率月表DEM更加复杂而困难,现有的基于嫦娥影像制作方法难以满足应用需求。针对嫦娥二号影像特点,在基于RPC模型生成近似核线影像基础上,进行金字塔影像匹配,实现了原始影像的逐像素匹配;计算匹配点的月面坐标后,采用基于反距离插值方法生成月表三维地形;对于图像阴影等地形漏洞,采用基于径向基函数进行插值填补。试验结果表明,该方法生成的月表三维地形DEM数据,能准确真实地表达高分辨率的月表地形地貌细节,并较好地应用于嫦娥二号全月球三维地形DEM数据产品的生产任务中。     

DEM线状窗口邻域分析的月表撞击坑自动提取

月表撞击坑是月球最直观、典型的地质构造单元,月表撞击坑的提取与分析对于揭示月球地质演化进程具有重要意义。本文基于撞击坑地形特征,利用美国月球勘测轨道飞行器(LRO)获取的100 m分辨率数字高程模型(DEM)数据,提出了一种线状窗口邻域分析的月表撞击坑自动提取方法。月海和月陆两个不同样区的试验结果表明:月海样区的最佳提取窗口为1×7和7×1,最佳提取阈值为4.5;月陆样区的最佳提取窗口为1×9和9×1,最佳提取阈值为6。对比目视识别结果,该方法对月表撞击坑的有效提取率达到78%;评价因子结果显示,该方法对撞击坑的提取精度达到77%以上,提取质量达到70%以上。     

基于径向泰勒级数展开的月球表面磁场快速球谐解算方法

在利用球谐模型解算月球起伏表面的磁场时,传统算法计算效率较低且存在不稳定性,因此提出一种基于球谐分析的径向泰勒级数展开法。首先采用450阶次的月球内源磁场球谐模型在月表地形起伏剧烈的背面区域进行不同泰勒级数展开次数范围以及不同平均半径的解算精度实验,验证了所提方法的有效性,并且通过与传统算法的对比证明了所提方法具有更高的计算效率和计算稳定性;然后将计算得到的月球全球起伏表面磁场分布与月球参考球面上的磁场分布进行了对比分析,结果表明,月表地形起伏面与参考球面上的磁场差异较大,磁场总强度在实际地形起伏面与参考球面上的差异和地形起伏呈现反相关性,磁场径向分量与地形起伏不存在相关性,这些说明月球内源磁场磁性载体埋深较浅且磁化方向并非径向。     

利用嫦娥二号微波辐射计数据的全月亮温制图

中国嫦娥绕月卫星在世界上首次搭载了微波辐射计,用于获取不同深度月壤的微波辐射亮温,而这正是月壤厚度研究和月壤表层参数信息反演的基础。基于嫦娥二号的微波辐射计2C级数据,建立4个频率通道(3.0、7.8、19.35、37.0GHz)在不同纬度下的亮温日变化模型,并通过该模型对亮温数据进行时角校正,得到了正午时刻的全月微波亮温图。结合CCD影像和DEM数据比较的结果表明,处理后的亮温数据很好地反映了月球的地形特征及月表的反射率信息。基于高频的亮温数据对月球亮温异常区域进行了分析,发现其都是哥白尼纪的新鲜撞击坑。     

月球重力场模型发展现状及展望

探讨了月球探测多重意义及月球重力场在月球探测中的重要作用,介绍了月球重力场模型发展的历史及现状,给出了利用我国“嫦娥一号”轨道跟踪数据解算月球重力场模型。     

基于嫦娥二号立体影像的全月高精度地形重建

提出了一种针对嫦娥二号高分辨率立体影像的全月处理方法,采用5个激光反射器的月面位置作为绝对控制点,制作了一个新的全月地形产品（CE2TMap2015）,包括7 m、20 m和50 m 3种不同分辨率类型的数据,实现了全月球范围内的无缝镶嵌和高精度绝对定位,数字高程模型（DEM）和数字正射影像（DOM）均实现了全月球覆盖。在评估CE2TMap2015地形数据产品平面位置精度和高程精度的基础上,与SLDEM2013、GLD100和LOLA DEM等全月地形产品进行了比较,结果显示CE2TMap2015地形数据产品在空间分辨率、全月覆盖率、数据连续性、绝对定位精度和地貌结构细节表达等方面与其他全月地形产品相比具有明显的优势,可广泛用于月球科学研究和应用。     

月表空间环境因子动态建模驱动的探测区选取

针对在复杂的月表环境下及时高效地选择合适的探测区域这一问题,考察已有的月球探测研究资料,分析了可能影响到科学探测的月球空间环境因子,在此基础上开发了一个可对环境因子动态建模并应用模型自动选取探测区的GIS系统。基于该系统,构建了一个针对嫦娥三号着陆区附近探测区域选取的评价模型,并将其成功应用于嫦娥三号巡视器科学探测目标的选取工作。     

月面巡视探测器立体影像的多核CPU并行快速匹配

月面巡视探测器立体影像的摄影测量处理是获取月面三维信息实现巡视器定位导航的重要手段之一。影像匹配是地面近景摄影测量实现自动化处理的关键,本文研究了基于积分影像的单机多核并行匹配算法,实现了月面巡视器模拟影像的快速匹配。试验表明该方法能显著地缩短匹配时间,达到较高的加速比和效率。     

月球探测与研究进展

从月球物质成分探测、内部结构探测和月球起源与演化3个方面对月球探测与研究的成果进行了全面总结,对月球探测与研究中存在的问题以及发展方向进行了初步分析。在物质成分探测方面,放射性探测与遥感探测技术充分结合及综合应用将深化对月球物质成分的认识,是重要的发展方向;在内部结构探测方面,综合各种月球物理探测技术是重要的发展方向,获取更全面的月震数据是研究月球内部圈层结构的关键;在月球起源与演化方面,随着各种探测数据的不断丰富,多种假说并存逐渐向统一的理论发展。     

单张影像月球着陆区选取技术

提出了一种基于单张影像的月球着陆区快速选取方法.首先在分析月面光照成像模型基础上,提出了一种新的改进的光照模型和一个新的约束条件,采用明暗恢复形状(SFS)算法得到月面3维形貌;然后综合影像和得到的3维形貌,计算月面地形粗糙度,采用两步筛选的方法,选取着陆区域.实验结果表明,该方法较好地实现了着陆区的选取.     

顾及月表铁元素含量的次生撞击坑识别

在对月表地质单元定年时,由于月球岩石、土壤和岩心样品数量有限,能够利用这些样品做同位素定年的地质单元范围很小,因此更大范围的月球表面的绝对年龄需要采用撞击坑尺寸频率定年法(crater size-frequency distribution,CSFD)测定.然而月球表面次生撞击坑的存在会导致CSFD得到的定年结果出现偏...