一種微波探測儀觀測月球亮溫度數據處理方法
2023-05-28 07:44:46 1
一種微波探測儀觀測月球亮溫度數據處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種微波探測儀觀測月球亮溫度數據的處理方法，該方法包括以下步驟：步驟1，對利用微波探測儀繞月觀測得到的數據進行預處理後得到髒圖；步驟2，利用所述微波探測儀天線的測試數據擬合天線方向圖；步驟3，根據所述髒圖和天線方向圖，利用最大熵算法對髒圖進行潔化，得到潔圖。本發明的微波探測儀觀測月球亮溫度數據的處理方法引入了有效的最大熵算法，使得在一定程度上消除了天線方向圖的影響，從而獲得與月球實際亮溫分布更接近的結果。
【專利說明】一種微波探測儀觀測月球亮溫度數據處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種月球亮溫度數據處理方法，尤其涉及由探月衛星所搭載的科學有效載荷微波探測儀觀測月球亮溫度數據的反卷積處理方法。
【背景技術】
[0002]月球是被人們研究得最徹底的天體，同時也是距離地球最近的天體，人類至今第二個親身到過的天體就是月球。月球的年齡大約有46億年。地月中心平均距離為384400km ;其直徑約為3476km，約為地球的1/3.67 ;質量約為7.350X 1025g，約為地球的1/81.301 ;近心點達到363104km，遠心點達到405696km ;同時月球的軌道周期約為27.3天。自20世紀50年代人類進入太空開闢太空時代以來，已經多次用人造飛行器對月球進行探測，特別是20世紀60年代以後十多年間，以美、蘇為代表的國家花費巨額資金進行月球探測。1969年美國月球人阿姆斯特朗第一次踏上月球，開闢了人類就地探月的先河。進過十幾年的寧靜後，20世紀90年代以來，以美國提出「重返月球」計劃為起點，各國啟動了新一輪的探月熱潮。
[0003]月球遵循輻射機制，利用遙測手段得到的月球表面信息均來自於電磁輻射，電磁輻射領域根據波長的不同可以分為Y射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、射電波等領域，在這些領域對月球特性均有研究。對月球進行探測，就要全面的認識月球。無論是哪種手段研究月球，要了解月球物質組成就要對月壤進行研究。月壤是獲取月球物質組成信息的重要來源，空間探測器和地基望遠鏡的觀測目標也多是月壤。在射電頻段對月球進行探測可以獲得月球內部的熱分布、熱特性，從而得到月壤的物理特性。
[0004]亮溫度是反映微波輻射的重要指標。如果天體在某一頻率的譜輻射度與某一溫度TB的絕對黑體在同一頻率的輻射強度相等，則該絕對黑體的溫度TB稱為該物體在該頻率的亮溫度。研究月壤特性，在微波頻段研究亮溫度是必不可少的。
[0005]目前，月球亮溫度的研究主要包括兩個方面，一方面是地基射電望遠鏡的單天線觀測，另外一方面是繞月衛星攜帶的微波探測儀。其中地基射電望遠鏡對月亮溫度觀測研究主要有觀測整個月球的亮溫度平均值或是月面中心點的亮溫度值，以及月球亮溫度空間分布，解析度較低。
[0006]探月工程「嫦娥一號」繞月衛星所搭載的科學有效載荷微波探測儀是人類第一次在月球軌道上對月球表面進行探測的被動微波遙感器。「嫦娥一號」搭載的微波探測儀多次覆蓋全月表面，從而使世界上首次獲取看全月微波亮溫分布數據，創建了 「微波月亮」(TheMicrowave Moon,簡稱 MicM)。
[0007]「嫦娥一號」和「嫦娥二號」搭載的科學有效載荷微波探測儀可以工作在四個通道，頻率可以分別在3.0,7.8，19.35和37.0GHz，每個頻段的靈敏度為0.5K。「嫦娥一號」繞月衛星的飛行高度為200km，「嫦娥二號」繞月衛星的飛行高度為100km。
[0008]利用微波探測儀對月球進行觀測，可以得到觀測的射電圖像。圖1為微波探測儀天線觀測月球的原理示意圖。X(i，j)為月球的實際亮溫度分布，h(i，j)為其中一個頻段的天線方向圖，y(i，j)為對月球觀測得到的天線溫度分布。獲得的月球亮溫度圖是月球真實亮溫度圖與天線方向圖的卷積，即:
[0009]
【權利要求】
1.一種微波探測儀觀測月球亮溫度數據的處理方法，該方法包括以下步驟: 步驟1，對利用微波探測儀繞月觀測得到的數據進行預處理後得到髒圖； 步驟2，利用所述微波探測儀天線的測試數據擬合天線方向圖； 步驟3，根據所述髒圖和天線方向圖，利用最大熵算法對髒圖進行潔化，得到潔圖。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟3進一步包括: 步驟301，讀取髒圖矩陣y(i，j)和天線方向圖矩陣h(i，j)，其中y(i，j)是在點(1.j)處的亮溫度觀測值，h(i，j)是天線增益方向圖的矩陣表示；並設定迭代次數N，同時定義變量 η = O ; 步驟302，建立與髒圖大小相等的一個全零矩陣λ (i，j)作為拉格朗日迭代因子的初始值； 步驟 303，利用公式χ'(i，j)=
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述微波探測儀繞月觀測得到的數據為2C級數據。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述2C級數據的存儲方式為PDS格式，每一文件單獨存放一軌數據，包括頭文件和數據信息，數據信息包括觀測時間、四個通道的觀測數值、太陽入射角、太陽方位角、經度、緯度和軌道高度。
5.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，步驟I中對數據進行預處理包括:數據選取、去除頭文件、數據合併、數據剔除和數據拆分，經過對直接觀測得到的數據預處理後得到的數據矩陣，稱之為髒圖矩陣。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，數據選取具體為選取微波探測儀繞月觀測一個月得到的數據作為待處理數據；數據文件去頭是指去除PDS文件裡面的頭信息，只保留數據信息；數據文件合併是指將一個月的數據文件進行合併為一個文件；數據剔除是指按照約束條件剔除假數據；數據拆分是指將數據拆分為月球白天和月球黑夜。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述數據拆分進一步包括規定太陽入射角小於90°表示觀測時間是月球白天，而大於90°表示觀測時間是月球黑夜。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述約束條件是指選取太陽入射角的範圍，太陽方位角的範圍和經緯度。
9.根據權利要求1所述的方法，其中步驟2進一步包括:所述測試數據給出了當微波探測儀工作在四個通道時天線的增益方向圖，在四個通道分別擬合天線方向圖，擬合函數
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，四個通道分別是3.0,7.8，19.35和.37.0GHz。
【文檔編號】G01K3/00GK103512673SQ201210220828
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月28日 優先權日:2012年6月28日
【發明者】蘇彥, 邢樹果, 封劍青, 李俊鐸, 孔德慶, 鄭磊, 朱新穎, 李臣, 薛喜平, 戴舜 申請人:中國科學院國家天文臺