一种基于MRM数据的规则亮温制图方法

一种基于mrm数据的规则亮温制图方法
技术领域
1.本技术属于微波遥感图像处理技术领域，具体涉及一种基于mrm数据的规则亮温制图方法。


背景技术：

2.嫦娥1、2号卫星微波辐射计(mrm)数据是我国独有的月表微波探测数据，该数据对浅月表的温度和成分等非常敏感，所用的4个频率通道反映了相应穿透深度范围内的月壤温度和成分信息，可以在一定程度上削弱浅层覆盖物的影响，在月球科学研究中具有划时代的重要意义。
3.基于mrm数据进行月壤参数研究时，往往需要进行亮温(tb)制图；然而，现有的亮温制图技术，主要是对嫦娥1、2号卫星微波辐射计数据，通过时角分析，选择1到2个月球时(1个月球时相当于27.3个地球时)的原始数据点，并采用插值技术，进行月表亮温制图；但是，嫦娥1、2号卫星mrm数据对月球表面温度非常敏感，随时间和纬度的变化非常大，远大于亮温随月壤参数的变化，非常不利于对月表物质的亮温特征分析。
4.鉴于此，提供一种基于mrm数据的规则亮温制图方法，能够消弱亮温随时间和纬度的变化，并突出亮温随成分和内部热异常的变化。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本技术提供一种基于mrm数据的规则亮温制图方法。
7.(二)技术方案
8.为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：
9.第一方面，本技术提供一种基于mrm数据的规则亮温制图方法，包括：
10.s1、获取mrm数据，基于mrm数据获取指定区域的原始数据点，通过对指定区域的原始数据点进行时角分析，获取同一月球时的原始数据点；
11.所述mrm数据为嫦娥1、2号卫星微波辐射计原始数据，mrm数据包括数据采样时间、太阳方位角、太阳入射角、月球经度、月球纬度、通道亮温值和卫星高度；
12.所述月球时为月球当地时间的计量单位；
13.s2、基于预设的原始数据点筛选条件，通过对同一月球时的原始亮温点进行筛选，获取指定区域的成图用原始亮温点；
14.s3、针对指定区域的成图用原始亮温点，通过插值法获取指定区域的亮温数据，将获取的亮温数据作为指定区域的观测亮温数据；
15.s4、基于预设的标准亮温初始点选择条件，针对指定区域内的每个纬度选择一个观测亮温点；基于所有观测亮温点对应的亮温数据进行拟合，获取亮温数据随纬度变化的拟合值，将所述拟合值作为对应纬度的标准亮温数据；
16.s5、基于所述观测亮温数据和标准亮温数据，获取规则亮温数据，并基于所述规则亮温数据生成指定区域的规则亮温图；
17.所述规则亮温为同一纬度的观测亮温与标准亮温的比值。
18.可选的，所述s1包括：
19.将月球时间划分为24个月球时，并获取所述原始数据点对应的月球当地时间，具体为：
[0020][0021]
t＝12(180+h)/180 (2)
[0022]
其中，h为时角，α是太阳方位角，i是太阳入射角，是月球纬度，t为月球当地时间。
[0023]
可选的，所述s1包括：
[0024]
将所有原始数据点划分到24个月球时中，根据每个月球时中的mrm数据对指定区域的覆盖程度，选择相应月球时的原始数据点进行指定区域的亮温制图。
[0025]
可选的，所述s2包括：
[0026]
所述预设的原始数据点筛选条件为：原始数据点中未出现上行、下行轨道数据交错，和/或在小于0.3度的月球经度范围内，未出现不同观测周期的原始数据点；
[0027]
以及，若出现上行、下行轨道原始数据点交错，则根据mrm数据对指定区域的覆盖程度，对上行、下行轨道原始数据点进行择一选择；
[0028]
以及，在小于0.3度的月球纬度范围内，出现多个观测周期的原始数据点，根据每个观测周期的mrm数据对指定区域亮温的覆盖程度，对多个观测周期的原始数据点进行择一选择。
[0029]
可选的，所述s3中的针对指定区域的成图用原始亮温点，通过插值法获取指定区域的亮温数据，包括：
[0030]
采用线性插值法对获取的亮温数据进行插值处理，获取指定区域的亮温数据，具体为：
[0031][0032]
其中，ξ为月球经度，a、b、c为基于原始数据点包含的月球经度ξ、月球纬度以及通道亮温数据计算得到的参数。
[0033]
可选的，所述s3中的针对指定区域的成图用原始亮温点，通过插值法获取指定区域的亮温数据，包括：
[0034]
针对原始数据点的选择，以指定区域为中心，将指定区域的四条边界向远离中心方向扩展2度；
[0035]
以及，当通过插值法获取指定区域的亮温数据后，对指定区域以外的通过插值获得的亮温数据进行去除裁剪处理，获取指定区域内的亮温数据。
[0036]
可选的，所述s4包括：
[0037]
所述预设的标准亮温初始点选择条件为：计算指定区域内的每个纬度上表面月壤参数的平均值和方差值，基于所述平均值和方差值确定观测亮温点的位置；
[0038]
所述表面月壤参数为表面坡度、岩块丰厚值、feo和tio2含量。
[0039]
可选的，所述s4中的基于所有观测亮温点对应的亮温数据进行拟合，获取亮温数据随纬度变化的拟合值，包括：
[0040]
基于所有观测亮温点对应的亮温数据，采用多项式拟合法进行数据拟合，具体为：
[0041][0042]
其中，stb为标准亮温，a、a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7为基于选择出的所有观测亮温点对应的亮温数据计算出的参数。
[0043]
可选的，所述s5中的基于所述观测亮温数据和标准亮温数据，获取规则亮温数据，包括：
[0044]
通过计算同一纬度的观测亮温值与标准亮温值的比值，获取对应纬度的规则亮温值，具体为：
[0045][0046]
其中，ntb为规则亮温。
[0047]
(三)有益效果
[0048]
第一、通过本方法进行规则亮温制图，消弱了月球表面亮温随时间和纬度的变化，并突出亮温随成分和内部热异常的变化；
[0049]
第二、通过本方法进行规则亮温制图，不改变地质单元的规则亮温值的相对大小，有效地保留了各个波段本身所具备的地质涵义。
附图说明
[0050]
本技术借助于以下附图进行描述：
[0051]
图1为基于mrm数据的规则亮温制图方法的流程示意图；
[0052]
图2为指定区域24个月球时原始数据点分布示意图；
[0053]
图3-1为月球时12对应的原始数据点分布示意图；
[0054]
图3-2为经过异常处理的月球时12对应的原始数据点分布示意图；
[0055]
图4-1为3ghz工作频率下的指定区域的亮温示意图；
[0056]
图4-2为7.8ghz工作频率下的指定区域的亮温示意图；
[0057]
图4-3为19.35ghz工作频率下的指定区域的亮温示意图；
[0058]
图4-4为37ghz工作频率下的指定区域的亮温示意图；
[0059]
图5为标准亮温曲线示意图；
[0060]
图6-1为3ghz工作频率下的指定区域的规则亮温示意图；
[0061]
图6-2为7.8ghz工作频率下的指定区域的规则亮温示意图；
[0062]
图6-3为19.35ghz工作频率下的指定区域的规则亮温示意图；
[0063]
图6-4为37ghz工作频率下的指定区域的规则亮温示意图。
具体实施方式
[0064]
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。可以理解的是，以下所描述的具体的实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的
特征可以相互组合；为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
[0065]
实施例一提供一种基于mrm数据的规则亮温制图方法，如图1所示，具体方法步骤如下：
[0066]
s1、获取mrm数据，基于mrm数据获取指定区域的原始数据点，通过对指定区域的原始数据点进行时角分析，获取同一月球时的原始数据点。
[0067]
本实施例中，mrm数据为嫦娥1、2号卫星微波辐射计原始数据，具体的，mrm数据包括数据采样时间、太阳方位角、太阳入射角、月球经度、月球纬度、通道亮温值和卫星高度等数据，但不仅限于包括上述数据。
[0068]
本实施例中，通道亮温值为：基于不同的工作频率，通过嫦娥卫星微波辐射计所获取的原始亮温数据，具体的，嫦娥卫星微波辐射计的工作频率具体包括3ghz、7.8ghz、19.35ghz和37ghz四个。
[0069]
本实施例中，不对指定区域进行固定限制，具体通过对月球表面的研究需求，对指定区域进行具体划分。
[0070]
本实施例中，月球时为月球当地时间的计量单位。
[0071]
s2、基于预设的原始数据点筛选条件，通过对同一月球时的原始亮温点进行筛选，获取指定区域的成图用原始亮温点。
[0072]
s3、针对指定区域的成图用原始亮温点，通过插值法获取指定区域的亮温数据，将获取的亮温数据作为指定区域的观测亮温数据。
[0073]
s4、基于预设的标准亮温初始点选择条件，针对指定区域内的每个纬度选择一个观测亮温点；基于所有观测亮温点对应的亮温数据进行拟合，获取亮温数据随纬度变化的拟合值，将所述拟合值作为对应纬度的标准亮温数据。
[0074]
s5、基于所述观测亮温数据和标准亮温数据，获取规则亮温数据，并基于所述规则亮温数据生成指定区域的规则亮温图。
[0075]
本实施例中，规则亮温为同一纬度的观测亮温与标准亮温的比值。
[0076]
基于实施例一中的规则亮温制图方法，通过分别获取指定区域的观测亮温数据和指定亮温数据，基于观测亮温数据和标准亮温数据获取规则亮温数据，进而生成指定区域的规则亮温图，基于实施例一所述的规则亮温制图方法，能够消弱亮温时间和纬度的变化，并突出亮温随成分和内部热异常的变化。
[0077]
实施例二提供一种基于mrm数据的规则亮温制图方法，具体方法步骤如下：
[0078]
s1、获取mrm数据，基于mrm数据获取指定区域的原始数据点，通过对指定区域的原始数据点进行时角分析，获取同一月球时的原始数据点；
[0079]
基于前述s1，需要说明的是，对月球的观测时间不同，月球表面温度也不同，换句话说，月球亮温受观测时间的影响较大，月球表面温度随不同时间的光照以及纬度的变化都很大。由于不同时刻的亮温数据，会掩盖地形、岩块风度、物质成分等对月球亮温温度的影响，因此，当对月球指定区域进行亮温研究时，需要对指定区域的原始亮温点进行时角分析，获取同一月球时的原始数据点，以消除月球亮温随观测时间的变化影响。
[0080]
基于前述s1，需要说明的是，嫦娥1、2号卫星微波辐射计原始数据的每一个观测点的当地时间，通过地平坐标系(hcs)中的太阳入射角和太阳方位角来表征，通过地平坐标系(hcs)可以描述太阳相对于原始数据观测点的位置。太阳入射角和太阳方位角是和纬度有
关的，然而，原始数据观测点的当地时间和纬度无关。为了更好地反映太阳相对于原始数据观测点的位置，可以将地平坐标系(hcs)转换为月球赤道坐标系(lecs)。
[0081]
基于前述s1，本实施例中，可以通过如下步骤及公式(1)，完成从地平坐标系(hcs)到月球赤道坐标系(lecs)的转换，进而实现对指定区域的原始数据点进行时角分析；另外，由于通过时角来月球当地时间进行表征不够直观，可以基于公式(2)，将获得的时角转换为24小时制的月球当地时间，具体为：
[0082]
s1-1、将月球时间划分为24个月球时，并获取原始数据点对应的月球当地时间，具体为：
[0083]
tanh＝sinαsini/(cosφcosi-sinφcosαsini)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0084]
t＝12(180+h)/180
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0085]
其中，h为时角，α是太阳方位角，i是太阳入射角，是月球纬度，t为月球当地时间。
[0086]
其中，基于公式(1)所得到的白天的时角范围为-90
°
至90
°
，所得到的晚上的时角范围为-180
°
至-90
°
、90
°
至180
°
。
[0087]
s1-2、将所有原始数据点划分到24个月球时中，根据每个月球时中的mrm数据对指定区域的覆盖程度，选择相应月球时的原始数据点进行指定区域的亮温制图。
[0088]
本实施例中，基于公式(1)和(2)，能够将所有原始数据点划分到24个月球时中。
[0089]
本实施例中，若不同原始数据点之间具有相近的时角，则代表着相应原始数据点具有相近的月表光照环境。
[0090]
本实施例中，一种可选的指定区域的亮温制图过程为：在通过公式(1)和(2)将时角转换为对应的月球时之后，选择mrm数据覆盖程度较高的月球时的原始亮温点进行指定区域的亮温制图，以减弱或消除因观测时间而造成的月球表面温度变化对亮温的影响。
[0091]
s2、基于预设的原始数据点筛选条件，通过对同一月球时的原始亮温点进行筛选，获取指定区域的成图用原始亮温点。
[0092]
基于前述s2，需要说明的是：通过嫦娥1、2号卫星微波辐射计获得的原始数据点多次实现全月球覆盖，但是在每个数据观测时间，获得的mrm数据的数量远远不足以覆盖全月球，进而需要对同一月球时的原始亮温点进行筛选。
[0093]
基于前述s2，本实施例中，预设的原始数据点筛选条件为：原始数据点中未出现上行、下行轨道数据交错，和/或在小于0.3度的月球经度范围内，未出现不同观测周期的原始数据点；
[0094]
以及，若出现上行、下行轨道原始数据点交错，则根据mrm数据对指定区域的覆盖程度，对上行、下行轨道原始数据点进行择一选择；
[0095]
以及，在小于0.3度的月球纬度范围内，出现多个观测周期的原始数据点，根据每个观测周期的mrm数据对指定区域亮温的覆盖程度，对多个观测周期的原始数据点进行择一选择。
[0096]
s3、针对指定区域的成图用原始亮温点，通过插值法获取指定区域的亮温数据，将获取的亮温数据作为指定区域的观测亮温数据。
[0097]
基于前述s2和s3，需要说明的是，通过对同一月球时的原始亮温点进行筛选，可以获得同一月球时范围内亮温的散点图；在同一月球时范围内亮温的散点图中，亮温在经度
方向上的采样点相对密集，而在纬度方向上的采样间隔约为1度；同时，亮温沿着经线方向的变化(随纬度的变化)相对较大，然而亮温沿着纬线方向的变化(随经度的变化)相对较小；综上所述，进而在本实施例中，选择对原始数据改变较小且计算效率较高的线性插值方法，获取指定区域的亮温数据，以便进行月球表面的亮温制图。基于同一月球时范围内亮温的散点示意图，通过插值法对指定区域的亮温图，可以获得月表指定区域的亮温示意图。
[0098]
基于前述s3，需要说明的是，可以通过如下步骤及公式(3)，获取指定区域的亮温数据：
[0099]
采用线性插值法对获取的亮温数据进行插值处理，获取指定区域的亮温数据，具体为：
[0100][0101]
其中，ξ为月球经度，a、b、c为基于原始数据点包含的月球经度ξ、月球纬度以及通道亮温数据计算得到的参数。
[0102]
本实施例中，对于获取指定区域的亮温数据，不仅限于上述的线性插值法，也可以为多项式插值及高斯插值等常用的数据插值方法。
[0103]
另外，基于前述s3，在通过插值法获取指定区域的亮温数据这一过程中，为了减少指定区域的边界上因数据限制产生的误差，还需要：
[0104]
针对原始数据点的选择，以指定区域为中心，将指定区域的四条边界向远离中心方向扩展2度；
[0105]
以及，当通过插值法获取指定区域的亮温数据后，对指定区域以外的通过插值获得的亮温数据进行去除裁剪处理，获取指定区域内的亮温数据。
[0106]
s4、基于预设的标准亮温初始点选择条件，针对指定区域内的每个纬度选择一个观测亮温点；基于所有观测亮温点对应的亮温数据进行拟合，获取亮温数据随纬度变化的拟合值，将所述拟合值作为对应纬度的标准亮温数据。
[0107]
基于前述s4，需要说明的是，假定月球表面是一个理想球体，月球表面物质成分均匀，月壤岩块含量一致，地形起伏相同，月球表面光照均匀，若满足上述条件，则每一条纬度上的月球表面亮温将是相同的，将满足上述相同的月球表面亮温作为月球对应纬度的标准亮温。但实际上，满足上述条件的月球表面是不存在的，进而需要计算近似的标准亮温。
[0108]
本实施例中，在计算近似的标准亮温的过程中，一种可选的处理过程为：
[0109]
s4-1、需要在月球表面每一个纬度选择一个观测亮温点，将选择出的观测亮温点作为标准亮温初始点，可以将预设的标准亮温初始点选择条件定义为：
[0110]
计算指定区域内的每个纬度上表面月壤参数的平均值和方差值，将平均值
±
方差值作为表面月壤参数的标准值区间，基于标准值区间和月表光照环境确定观测亮温点的位置，若确定出的观测亮温点有多个，则选择其中一个作为对应纬度的观测亮温点。
[0111]
本实施例中，表面月壤参数为表面坡度、岩块丰厚值、feo和tio2含量。
[0112]
本实施例中，若观测亮温点位置所对应的月球表面月壤具有相同时角，则表示具有相近的月表光照环境。
[0113]
s4-2、基于所有观测亮温点对应的亮温数据，采用七次多项式拟合法进行数据拟合，获取亮温数据随纬度变化的拟合值，并将获得的拟合值近似作为对应纬度上的近似标准亮温，具体为：
[0114][0115]
其中，stb为标准亮温，a、a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7为基于选择出的所有观测亮温点对应的亮温数据计算出的参数。
[0116]
在本实施例中，在获取亮温数据随纬度变化的拟合值时，可采用的方式不仅限于上述的七次多项式拟合法，也可以选用其它非线性插值方法。
[0117]
本实施例中，基于上述s4-1和s4-2，根据预设的标准亮温初始点选择条件定义，针对月表每个纬度选择一个观测亮温点，对每个观测亮温点对应的亮温数据进行拟合，进而获得指定区域的标准亮温拟合数据。
[0118]
s5、基于所述观测亮温数据和标准亮温数据，获取规则亮温数据，并基于所述规则亮温数据生成指定区域的规则亮温图。
[0119]
基于前述s5，需要说明的是，可以通过如下步骤及公式(5)，获取规则亮温数据：
[0120]
通过计算同一纬度的观测亮温值与标准亮温值的比值(商值)，获取对应纬度的规则亮温值，具体为：
[0121]
ntb(ξ,φ)＝tb(ξ,φ)/stb(φ) (5)
[0122]
其中，ntb为规则亮温。
[0123]
本实施例中，基于月表指定区域的亮温示意图，以及拟合出的标准亮温数据，通过公式(5)计算得到指定区域的规则亮温示意图。
[0124]
基于实施例二中的规则亮温制图方法，通过分别获取指定区域的观测亮温数据和指定亮温数据，基于观测亮温数据和标准亮温数据获取规则亮温数据，进而生成指定区域的规则亮温图，基于实施例二所述的规则亮温制图方法，能够消弱亮温时间和纬度的变化，并突出亮温随成分和内部热异常的变化。
[0125]
实施例三提供一种基于mrm数据的规则亮温制图方法，具体方法步骤如下：
[0126]
本实施例中，将月球的雨海盆地为指定区域，指定区域具体的经度范围为40
°
w～10
°
e，纬度范围为10
°
n～55
°
n；图2为指定区域24个月球时原始数据点分布示意图，如图2所示，将指定区域划分为24个月球时，并将所有原始数据点划分到24个月球时中，所述24个月球时具体包括月球时00～月球时23。
[0127]
本实施例中，基于图2可以得知：月球时02、05、07、09、12、18和22中的mrm数据对指定区域的覆盖程度，明显好于其他月球时，进而可以将月球时02、05、07、09、12、18和22中的原始数据点，作为备选原始数据点进行指定区域的亮温制图。
[0128]
本实施例中，备选原始数据点分布示意图中往往会存在异常条带，以月球时12对应的原始数据点分布为例，月球时12对应的原始数据点为上午12点至下午1点的原始亮温数据；其中，图3-1为月球时12对应的原始数据点分布示意图，可以看到，图3-1中存在大量的异常条带。对于存在的异常条带，需要确定异常条带存在的准确位置，再通过人工剔除对异常条带进行处理，最终获得如图3-2所示的经过异常处理的月球时12对应的原始数据点分布示意图。
[0129]
本实施例中，基于经过异常处理的月球时12对应的原始数据点，通过线性插值生成覆盖整个指定区域的亮温示意图，图4-1、图4-2、图4-3和图4-4分别为在2-mrm(嫦娥2号卫星微波辐射计)工作频率为3ghz、7.8ghz、19.35ghz和37ghz情况下，所生成的指定区域的亮温示意图。
[0130]
本实施例中，基于指定区域，通过对观测亮温点的亮温数据进行进行拟合，生成如图5所示的标准亮温曲线示意图，其中，图5中虚线部分代表通过预设条件选择出的观测亮温点所对应的亮温数据，图5中的实线部分代表通过数据拟合获得的标准亮温拟合数据。
[0131]
本实施例中，基于(如图4-1、图4-2、图4-3和图4-4所示的)月球时12对应的指定区域的亮温示意图，以及(如图5所示的)标准亮温数据，得到(如图6-1、图6-2、图6-3和图6-4所示的)月球时12对应的指定区域的规则亮温示意图，其中，图6-1、图6-2、图6-3和图6-4分别为在2-mrm(嫦娥2号卫星微波辐射计)工作频率为3ghz、7.8ghz、19.35ghz和37ghz情况下，所生成的指定区域的规则亮温示意图。
[0132]
基于实施例三中的规则亮温制图方法，将月球的雨海盆地为指定区域，通过分别获取指定区域的观测亮温数据和指定亮温数据，基于观测亮温数据和标准亮温数据获取规则亮温数据，进而生成指定区域的规则亮温图，基于实施例三所述的规则亮温制图方法，能够消弱亮温时间和纬度的变化，并突出亮温随成分和内部热异常的变化。
[0133]
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0134]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0135]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。