[发明专利]一种起伏月面微波辐射亮温的计算方法

摘要

本发明公开了一种起伏月面微波辐射亮温的计算方法，包括以下步骤：获取月球表面的微波数据参数，并利用平面拟合、坐标转换以及遮蔽函数对月球表面的微波数据参数进行计算，以获得月球表面有效太阳辐照度，根据月壤的物理参数和步骤（1）中获得的有效太阳辐照度并使用热传导理论和月壤分层模型获得月壤不同深度的温度T，根据步骤（2）获得的温度剖面并利用burke多层平面分层亮温模型以及电磁波极化理论计算月球表面亮温。本发明能够解决现有模型中忽略地形起伏对月壤微波辐射亮温影响这一技术问题。

主权项

1.一种起伏月面微波辐射亮温的计算方法，其特征在于，包括以下步骤： （1）获取月球表面的微波数据参数，并利用平面拟合、坐标转换以及遮蔽函数对月球表面的微波数据参数进行计算，以获得月球表面有效太阳辐照度；本步骤包括以下子步骤： （1-1）通过微波辐射计获取月球表面被测点的微波数据参数，包括经度lgt、纬度lat、高程H、太阳入射角θ、太阳方位角φ、对应的月球时间t、月表接收的太阳辐照度I₀、月壤中氧化铁和二氧化钛的含量S以及微波辐射计的工作频率f，这里的高程H和太阳入射角θ、太阳方位角φ都是在全局坐标系下得到的； （1-2）根据步骤（1-1）中获得的微波数据参数并使用最小二乘法将微波辐射计天线的月面足印内小面元中所获取的所有点拟合成一个平面，并获取该平面的倾斜角和方位角； （1-3）依据步骤（1-1）和（1-2）中获得的参数，以步骤（1-2）中的拟合平面作为基准面建立本地坐标系，根据坐标转换获得太阳本地入射角θ′和太阳本地方位角φ′，其计算公式为： cosθ′＝cosαcosθ+sinαsinθcos(φ-β) sinθ′＝(1-cos²θ′)^1/2sinφ′＝sinθsin(φ-β)/sinθ′ cosφ′＝(cosαsinθcos(φ-β)-sinαcosθ)/sinθ′ （1-4）依据步骤（1-1）至（1-3）中获得的参数获得微波辐射计探测范围内的月球表面斜率p、q以及月球表面的局部法向矢量n表面均方根高度σ、表面相关长度l_x和l_y、表面均方根斜率w；(1-5)依据步骤（1-3）和（1-4）中获得的参数并根据遮蔽函数理论获得微波辐射计探测范围内的月球表面的二维双向遮蔽函数S(p,q,θ′,φ′,θ₁)，其中观测角θ₁＝α； （1-6）依据步骤（1-1）至（1-5）获得的参数计算太阳辐照度的衰减因子IN和太阳有效辐照度I_eff，其计算公式为： I_eff＝I₀·IN （2）根据月壤的物理参数和步骤（1）中获得的有效太阳辐照度并使用热传导理论和月壤分层模型获得月壤不同深度的温度T； （2-1）将月球表面的月壤层划分成N层，第二层到第N层的厚度满足以下等式： d_m＝A·e^B·m其中m表示层数，e为自然对数函数的底数，A和B均为常数，其取值与月壤的厚度d成正比； （2-2）获取月球表面物理参数的模型，月壤的物理参数包括月壤密度ρ、月壤的复介电常数ε^*、月壤的比热C和月壤的导热率K； （2-3）根据步骤（2-2）获得的参数并根据热传导理论求解热传导方程，得到月壤不同深度的温度； （3）根据步骤（2）获得的温度剖面并利用burke多层平面分层亮温模型以及电磁波极化理论计算月球表面亮温。