一种微波探测仪观测月球亮温度数据处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种微波探测仪观测月球亮温度数据的处理方法，该方法包括以下步骤：步骤1，对利用微波探测仪绕月观测得到的数据进行预处理后得到脏图；步骤2，利用所述微波探测仪天线的测试数据拟合天线方向图；步骤3，根据所述脏图和天线方向图，利用最大熵算法对脏图进行洁化，得到洁图。本发明的微波探测仪观测月球亮温度数据的处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线方向图的影响，从而获得与月球实际亮温分布更接近的结果。
【专利说明】一种微波探测仪观测月球亮温度数据处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种月球亮温度数据处理方法，尤其涉及由探月卫星所搭载的科学有效载荷微波探测仪观测月球亮温度数据的反卷积处理方法。
【背景技术】
[0002]月球是被人们研究得最彻底的天体，同时也是距离地球最近的天体，人类至今第二个亲身到过的天体就是月球。月球的年龄大约有46亿年。地月中心平均距离为384400km ;其直径约为3476km，约为地球的1/3.67 ;质量约为7.350X 1025g，约为地球的1/81.301 ;近心点达到363104km，远心点达到405696km ;同时月球的轨道周期约为27.3天。自20世纪50年代人类进入太空开辟太空时代以来，已经多次用人造飞行器对月球进行探测，特别是20世纪60年代以后十多年间，以美、苏为代表的国家花费巨额资金进行月球探测。1969年美国月球人阿姆斯特朗第一次踏上月球，开辟了人类就地探月的先河。进过十几年的宁静后，20世纪90年代以来，以美国提出“重返月球”计划为起点，各国启动了新一轮的探月热潮。
[0003]月球遵循辐射机制，利用遥测手段得到的月球表面信息均来自于电磁辐射，电磁辐射领域根据波长的不同可以分为Y射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、射电波等领域，在这些领域对月球特性均有研究。对月球进行探测，就要全面的认识月球。无论是哪种手段研究月球，要了解月球物质组成就要对月壤进行研究。月壤是获取月球物质组成信息的重要来源，空间探测器和地基望远镜的观测目标也多是月壤。在射电频段对月球进行探测可以获得月球内部的热分布、热特性，从而得到月壤的物理特性。
[0004]亮温度是反映微波辐射的重要指标。如果天体在某一频率的谱辐射度与某一温度TB的绝对黑体在同一频率的辐射强度相等，则该绝对黑体的温度TB称为该物体在该频率的亮温度。研究月壤特性，在微波频段研究亮温度是必不可少的。
[0005]目前，月球亮温度的研究主要包括两个方面，一方面是地基射电望远镜的单天线观测，另外一方面是绕月卫星携带的微波探测仪。其中地基射电望远镜对月亮温度观测研究主要有观测整个月球的亮温度平均值或是月面中心点的亮温度值，以及月球亮温度空间分布，分辨率较低。
[0006]探月工程“嫦娥一号”绕月卫星所搭载的科学有效载荷微波探测仪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。“嫦娥一号”搭载的微波探测仪多次覆盖全月表面，从而使世界上首次获取看全月微波亮温分布数据，创建了 “微波月亮”(TheMicrowave Moon,简称 MicM)。
[0007]“嫦娥一号”和“嫦娥二号”搭载的科学有效载荷微波探测仪可以工作在四个通道，频率可以分别在3.0,7.8，19.35和37.0GHz，每个频段的灵敏度为0.5K。“嫦娥一号”绕月卫星的飞行高度为200km，“嫦娥二号”绕月卫星的飞行高度为100km。
[0008]利用微波探测仪对月球进行观测，可以得到观测的射电图像。图1为微波探测仪天线观测月球的原理示意图。X(i，j)为月球的实际亮温度分布，h(i，j)为其中一个频段的天线方向图，y(i，j)为对月球观测得到的天线温度分布。获得的月球亮温度图是月球真实亮温度图与天线方向图的卷积，即:
[0009]
【权利要求】
1.一种微波探测仪观测月球亮温度数据的处理方法，该方法包括以下步骤: 步骤1，对利用微波探测仪绕月观测得到的数据进行预处理后得到脏图； 步骤2，利用所述微波探测仪天线的测试数据拟合天线方向图； 步骤3，根据所述脏图和天线方向图，利用最大熵算法对脏图进行洁化，得到洁图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3进一步包括: 步骤301，读取脏图矩阵y(i，j)和天线方向图矩阵h(i，j)，其中y(i，j)是在点(1.j)处的亮温度观测值，h(i，j)是天线增益方向图的矩阵表示；并设定迭代次数N，同时定义变量 η = O ; 步骤302，建立与脏图大小相等的一个全零矩阵λ (i，j)作为拉格朗日迭代因子的初始值； 步骤 303，利用公式χ'(i，j)=
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述微波探测仪绕月观测得到的数据为2C级数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述2C级数据的存储方式为PDS格式，每一文件单独存放一轨数据，包括头文件和数据信息，数据信息包括观测时间、四个通道的观测数值、太阳入射角、太阳方位角、经度、纬度和轨道高度。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤I中对数据进行预处理包括:数据选取、去除头文件、数据合并、数据剔除和数据拆分，经过对直接观测得到的数据预处理后得到的数据矩阵，称之为脏图矩阵。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，数据选取具体为选取微波探测仪绕月观测一个月得到的数据作为待处理数据；数据文件去头是指去除PDS文件里面的头信息，只保留数据信息；数据文件合并是指将一个月的数据文件进行合并为一个文件；数据剔除是指按照约束条件剔除假数据；数据拆分是指将数据拆分为月球白天和月球黑夜。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述数据拆分进一步包括规定太阳入射角小于90°表示观测时间是月球白天，而大于90°表示观测时间是月球黑夜。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述约束条件是指选取太阳入射角的范围，太阳方位角的范围和经纬度。
9.根据权利要求1所述的方法，其中步骤2进一步包括:所述测试数据给出了当微波探测仪工作在四个通道时天线的增益方向图，在四个通道分别拟合天线方向图，拟合函数
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，四个通道分别是3.0,7.8，19.35和.37.0GHz。
【文档编号】G01K3/00GK103512673SQ201210220828
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2012年6月28日
【发明者】苏彦, 邢树果, 封剑青, 李俊铎, 孔德庆, 郑磊, 朱新颖, 李臣, 薛喜平, 戴舜 申请人:中国科学院国家天文台