[发明专利]一种探测月壤厚度和月球次表层地质结构的方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于月球地质结构探测技术领域，特别是一种利用超宽带无载波脉冲雷达对月壤厚度和月球次表层地质结构进行探测的方法及系统。

背景技术

目前，人类对月球内部的地质构造和月壤厚度分布等信息还知之甚少。月球部分地区1～2km深度范围内已知的地质结构信息主要来源于美国Apollo计划的探测结果。1973年，Apollo-17号飞船搭载了一套多波段穿透探测雷达，即ALSE月球探测雷达(Apollo Lunar Sounder Experiment)，ALSE雷达对月球部分地区进行了累计13个小时的在轨探测，探测到1～2km深度范围内的地质结构数据。但由于受当时电子技术发展水平的限制，该雷达的探测结果存在诸多缺陷，主要表现在信号质量差、信噪比低、没有相位信息、深度分辨率低、探测时间短等方面。例如，雷达的深度分辨率约为150米，不能给出月壤的厚度分布信息。另外，由于雷达数据记录在光学胶片上，需要NASA专门研制的设备才能读出，导致探测数据的后续处理工作极其困难。截止目前，美国仅公开了ALSE雷达对月球阴影区部分地区的探测结果。从已经公开的数据看，尽管该雷达对月壳地质层的组成及其层厚的分辨能力比较差，但ALSE雷达的探测结果还是为人类更好地认识月球提供了一些非常重要的信息。

日本于九十年代开始研制的探月飞船，即月神号(SELENE)飞船，搭载了LRS探月雷达(Lunar Radar Sounder)，用于实现月面下4-5千米深度范围内地质结构探测。SELENE-LRS雷达工作于4～6MHz频段，线性调频脉冲信号，脉冲宽度为200us，发射脉冲功率800W，功耗和重量分别为50W和24kg，天线采用偶极子形式。SELENE-LRS的主要用途为：(1)实现月面下1-5km月壳地质结构探测；(2)测量月球环境下的宇宙噪声。SELENE月球探测飞船于2007年9月14号发射升空，轨道高度100km，2007年11月20日LRS雷达开始工作。LRS雷达系统给出了月面下数百米至千米量级范围内的月壳地质结构分布，但地质层的分辨率比较差。

可见，目前已经用于月球次表层结构探测的雷达系统，都安装在月球外空的轨道探测器上，受设备安装空间和探测技术的限制，探测结果分辨率较低。为了提高探测月壤厚度和月球次表层结构的深度和分辨率，需要研制能够在月球表面进行实地就位探测的雷达系统，要求雷达具有较高的探测深度和分辨率指标，并能够同时探测月壤的分层结构和月球次表层的岩石结构，为研究月球地质学、矿物学、月球形成和演化史提供科学数据。

发明内容

为了对月壤厚度和月球次表层地质结构进行实地精确探测，本发明提供一种利用安装在月球车上的超宽带无载波脉冲雷达实现月壤厚度和月球次表层地质结构探测的方法及系统。

为了实现所述的目的，根据本发明的一方面，提供一种利用超宽带无载波脉冲雷达对月壤厚度和月球次表层地质结构进行探测的系统，该系统包括：控制器、第一通道脉冲信号发射机、第一通道接收机、第二通道脉冲信号发射机、第二通道接收机以及多付超宽带天线，其中：

所述控制器，用于输出时钟信号和触发脉冲信号，以控制所述第一通道脉冲信号发射机、所述第二通道脉冲信号发射机、所述第一通道接收机、所述第二通道接收机分别进行超宽带无载波脉冲信号的发射和反射脉冲信号的接收，并为所述发射机和接收机提供电源；

所述第一通道脉冲信号发射机与所述控制器和第一通道超宽带发射天线相连接，用于在所述控制器的控制下输出HF/VHF超宽带无载波脉冲信号，并通过所述第一通道超宽带发射天线将所述HF/VHF超宽带无载波脉冲信号辐射到月球次表层中；

所述第一通道接收机与所述控制器和第一通道超宽带接收天线相连接，用于在所述控制器的控制下接收所述第一通道超宽带接收天线接收到的对应于所述HF/VHF超宽带无载波脉冲信号的反射脉冲信号；

所述第二通道脉冲信号发射机与所述控制器和第二通道超宽带发射天线相连接，用于在所述控制器的控制下输出UHF超宽带无载波脉冲信号，并通过所述第二通道超宽带发射天线将所述UHF超宽带无载波脉冲信号辐射到月壤中；

所述第二通道接收机与所述控制器、第二通道超宽带接收天线A和第二通道超宽带接收天线B相连接，用于在所述控制器的控制下，接收所述第二通道超宽带接收天线A和所述第二通道超宽带接收天线B接收到的对应于所述UHF超宽带无载波脉冲信号的反射脉冲信号。

根据本发明的另一方面，还提供一种利用超宽带无载波脉冲雷达对月壤厚度和月球次表层地质结构进行探测的方法，所述方法包括以下步骤：