本发明涉及太阳辐射研究技术领域，尤其涉及一种月球表面太阳辐射分析方法。
背景技术：
太阳辐射是月面物质受到的最主要辐射源。由于没有大气层的保护，太阳辐射不仅控制着月表温度的昼夜变化，造成太空风化作用，同时也会影响月球巡视探测器的工作性能以及航天员的人身安全。
在月球探测活动中，月面太阳辐射条件是了解着陆区的热环境特性、保证着陆器正常运行的重要参考。辐照度是定量描述和研究太阳辐射重要参量之一，是反演月面温度的重要参量之一；基于辐照度获得的太阳辐射能也是了解月面太阳能源信息的重要参考。
目前的月面太阳辐射分析方法中或者将太阳辐照度设为常数，或者按照某种余弦变化来对时变的太阳辐照度进行简化，导致分析结果精度较低，可信性和可用性不足。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明提供的月球表面太阳辐射分析方法，针对以往月表太阳辐射分析方法过于简化、精度较低、可用性差的问题，提供一种复杂度适当、精度较高、可用性强的月球表面太阳辐射分析方法。
(二)技术方案
第一方面，本发明提供的月球表面太阳辐射分析方法，包括：
一种月球表面太阳辐射分析方法，包括：
根据获取的目标月面区域内的待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的太阳入射角z；
根据获取的目标月面区域内的待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的太阳辐照度e(t)；
根据所述太阳入射角z和所述太阳辐照度e(t)，利用第一公式确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的有效太阳辐照度i(t)，所述第一公式为：
i(t)＝e(t)·cos(z)。
具体地，所述的方法，所述利用第一公式确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的有效太阳辐照度i(t)之前，还包括：
根据获取的目标月面区域内的待观测月面点x的经纬度数据和高程数据，确定观测时刻r下待观测月面点x是否处于光照区内，其中，所述观测时刻r是以时间分辨率为间隔在预先设定的观测时段内选取的；
若在单独的一个观测时刻下或至少两个相邻的观测时刻下，所述待观测月面点x均处于光照区内，则确定所述待观测月面点x为待分析光照月面点y；及确定所述单独的一个观测时刻或所述至少两个相邻的观测时刻为光照时刻。
具体地，所述的方法，还包括：
根据获取的预先设定的光照分析时段，确定所述光照分析时段内所述待分析光照月面点y的全部光照时刻ti，其中，1≤i≤m；及
将所述光照分析时段划分为至少一个连续光照时段tj，其中，1≤j≤n，n≤m，每个所述连续光照时段tj内包括单独的一个光照时刻或至少两个相邻的光照时刻；
针对每一个连续光照时段tj，记所述连续光照时段tj内的光照时刻的数目为k，k≥1：
获取所述连续光照时段tj内每一个光照时刻ti下所述待分析光照月面点y对应的有效太阳辐照度i(ti)；
利用第二公式确定所述光照时段tj内待分析光照月面点y的有效太阳辐射能wj，所述第二公式为，
其中，s为所述待分析光照月面点y的月面面积；ts、te分别为所述连续光照时段tj的开始时刻和结束时刻。
具体地，所述的方法，还包括：
根据所述连续光照时段tj内待分析光照月面点y的有效太阳辐射能wj，利用第三公式确定所述预先设定的光照分析时段内所述待分析光照月面点y的总有效太阳辐射能w，所述第三公式为：
具体地，所述的方法，所述根据获取的目标月面区域内的待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的太阳入射角z，具体为：
根据获取的待分析光照月面点y的经纬度数据，确定与所述待分析光照月面点y相邻的第一月面参照点ya和第二月面参照点yb的经纬度数据及高程数据，且所述第一月面参照点ya和第二月面参照点yb也彼此相邻；
将获取的待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，转换为所述待分析光照月面点y的空间直角坐标数据(yx,yy,yh)；
将所述第一月面参照点ya和第二月面参照点yb的经纬度数据及高程数据，转换为所述第一月面参照点ya和第二月面参照点yb的空间直角坐标数据(yax,yay,yah)和(ybx,yby,ybh)；
根据所述待分析光照月面点y、所述第一月面参照点ya和第二月面参照点yb的空间直角坐标数据(yx,yy,yh)、(yax,yay,yah)和(ybx,yby,ybh)，利用第四公式，确定所述待分析光照月面点y的坡面法向量
根据所述坡面法向量
具体地，所述的方法，所述根据获取的待分析光照月面点y的经纬度数据，确定与所述待分析光照月面点y临近的第一月面参照点ya和第二月面参照点yb的经纬度数据及高程数据，具体为：
确定全月数字高程模型数据中，位于所述待分析光照月面点y的正东方向、与所述待分析光照月面点y沿经度方向的距离为单位空间分辨率的月面点为第一参照月面点ya；
确定全月数字高程模型数据中，位于所述待分析光照月面点y的东南方向、与所述待分析光照月面点y沿经度方向和纬度方向距离分别为单位空间分辨率的月面点为第二参照月面点yb；
确定所述全月数字高程模型数据中，与所述第一参照月面点ya对应的高程数据；
确定所述全月数字高程模型数据中，与所述第二参照月面点yb对应的高程数据。
具体地，所述的方法，所述根据获取的目标月面区域内的待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定分析时刻t下所述待分析光照月面点y的太阳辐照度e(t)，具体为：
根据获取的所述待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定观测时刻t下所述待分析光照月面点y与日心的距离d，并利用第六公式确定所述待分析光照月面点y的太阳辐照度e(t)，所述第六公式为：
e(t)＝a0(au/d)2，其中，a0为一个天文单位(au)下的太阳常数。
第二方面，本发明提供的月球表面太阳辐射分析装置，包括：
一种月球表面太阳辐射分析装置，包括：
太阳入射角解算模块，用于根据获取的目标月面区域内的待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的太阳入射角z；
太阳辐照度解算模块，用于根据获取的目标月面区域内的待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的太阳辐照度e(t)；
有效太阳辐照度解算模块，用于根据所述太阳入射角z和所述太阳辐照度e(t)，利用第一公式确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的有效太阳辐照度i(t)，所述第一公式为：
i(t)＝e(t)·cos(z)。
具体地，所述的装置，还包括：
光照时刻解算模块，用于在所述有效太阳辐照度解算模块利用第一公式确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的有效太阳辐照度i(t)之前，
根据获取的目标月面区域内的待观测月面点x的经纬度数据和高程数据，确定观测时刻r下待观测月面点x是否处于光照区内，其中，所述观测时刻r是以时间分辨率为间隔在预先设定的观测时段内选取的；
若在单独的一个观测时刻下或至少两个相邻的观测时刻下，所述待观测月面点x均处于光照区内，则确定所述待观测月面点x为待分析光照月面点；及确定所述单独的一个观测时刻或所述至少两个相邻的观测时刻为光照时刻。
具体地，所述的装置，还包括：
有效太阳辐射能解算模块，用于根据所述光照时刻解算模块确定的光照时刻，及所述有效太阳辐照度解算模块确定的光照时刻t下所述待分析光照月面点y的有效太阳辐照度i(t)：
根据获取的预先设定的光照分析时段，确定所述光照分析时段内所述待分析光照月面点y的全部光照时刻ti，其中，1≤i≤m；及
将所述光照分析时段划分为至少一个连续光照时段tj，其中，1≤j≤n，n≤m，每个所述连续光照时段tj内包括单独的一个光照时刻或至少两个相邻的光照时刻；
针对每一个连续光照时段tj，记所述连续光照时段tj内的光照时刻的数目为k，k≥1：
获取所述连续光照时段tj内每一个光照时刻ti下所述待分析光照月面点y对应的有效太阳辐照度i(ti)；
利用第二公式确定所述光照时段tj内待分析光照月面点y的有效太阳辐射能wj，所述第二公式为，
其中，s为所述待分析光照月面点y的月面面积；ts、te分别为所述连续光照时段tj的开始时刻和结束时刻。
(三)有益效果
与现有技术中将太阳辐照度设定为常数，或按照某种余弦变化这类简化处理的方式不同，本发明提供的月球表面太阳辐射分析方法，在更真实的月面点光照时间计算的数据基础上，进一步考虑月面坡度对太阳辐照度的影响，得到的有效太阳辐照度的数据精度更高、可用性更强。
将其应用在月球探测工程中，可以提供可靠的太阳辐照度和太阳辐射能量信息，从而服务于月球热演化研究及月面科研基地的建设。
附图说明
图1为本发明实施例的月球表面太阳辐射分析方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的月球表面太阳辐射分析装置的流程示意图；
图3为月球背面艾特肯盆地内的冯卡门撞击坑高程图；
图4为太阳入射方向与坡面关系示意图；
图5为坡度计算示意图；
图6为平均太阳辐照度计算时刻示意图；
图7(a)为考虑地形(a)的太阳辐射能量分布图(黑色椭圆代表撞击坑范围；蓝色实线代表撞击坑中央经线)；
图7(b)为不考虑地形(b)的太阳辐射能量分布图；
图8为2018年太阳辐射能(l1：考虑坡度；l2不考虑坡度)与在经度为176.125°e时坡度的纬向变化图。
具体实施方式
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。
如图1所示，本发明实施例的月球表面太阳辐射分析方法，包括：
步骤s100：根据获取的目标月面区域内的待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的太阳入射角z；
步骤s200：根据获取的目标月面区域内的待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的太阳辐照度e(t)；
步骤s300：根据所述太阳入射角z和所述太阳辐照度e(t)，利用第一公式确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的有效太阳辐照度i(t)，所述第一公式为：
i(t)＝e(t)·cos(z)。
需要说明的是，根据光照辐射分析需求，可以灵活设定目标月面任意区域进行太阳辐射分析，如aristarchus高原，tycho撞击坑、东海、mariushills地区、雨海和莫斯科海等。
以上步骤s100和步骤s200为并列关系，其先后顺序根据需要可以灵活设定。
以上方法中，根据待分析光照月面点y在光照时刻t下的太阳入射角z和太阳辐照度，确定该光照时刻t下该待分析光照月面点y的有效太阳辐照度，考虑了待分析光照月面点y处的坡度对太阳辐照的影响，能够更准确地反映待分析光照月面点接收到的真实太阳辐照这一客观物理现象。
应该理解为，以上的“光照时刻”的含义是，在该光照时刻下，该月面点y处于光照区，可以被太阳照射。因此，计算其太阳辐照度及与该点坡度有关的有效太阳辐照度才具有意义。反之，若在任一分析时刻时，月面点处于阴影区，不可以被太阳照射，那么，也就没有必要计算该时刻下的太阳辐照度及与该点坡度有关的有效太阳辐照度。
因此，为了进一步提高分析效率，避免不必要的运算量，需要确定目标区域内在观测时段内具有连续光照时段的月面点。具体地，将目标区域按照空间分辨率离散为多个待观测月面点，将预先设定的观测时段按照时间分辨率离散为多个观测时刻，若在一个观测时刻或至少两个相邻的观测时刻下，一个待观测月面点处于光照区内，则可判断该待观测月面点为待分析光照月面点。
具体实施时，所述的方法，利用第一公式确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的有效太阳辐照度i(t)之前，还可以包括：
根据获取的目标月面区域内的待观测月面点x的经纬度数据和高程数据，确定观测时刻r下待观测月面点x是否处于光照区内，其中，所述观测时刻r是以时间分辨率为间隔在预先设定的观测时段内选取的；
若在单独的一个观测时刻下或至少两个相邻的观测时刻下，所述待观测月面点x均处于光照区内，则确定所述待观测月面点x为待分析光照月面点y；及确定所述单独的一个观测时刻或所述至少两个相邻的观测时刻为光照时刻。
需要说明的是，在预先设定的观测时段内，一个待分析光照月面点可能包括一个或多个连续光照时段；而在每个连续光照时段内，可以包括多个连续的分析时刻或仅包括一个单独的分析时刻。
这里的“相邻”是指两个观测时刻之间的时间间隔为单位时间分辨率。
具体实施时，从全月数字高程模型中，以数字高程模型的空间分辨率为间隔，等间距地获取目标月面区域内任一经纬度数据对应的高程数据。
空间分辨率可以根据分析精度来灵活设定，如某月球规则矩形格网地形数据集提供了包括1/64°在内的多种空间分辨率的全月数字高程模型(ldems，loladigitalelevationmodels)数据。根据分析需要涉及的观测时长及分析精度，可以灵活设定观测时段及时间分辨率，如观测时段时长为地球的一个自然年，或者一个季度，或者一个月球公转周期；如时间分辨率3小时或者更短或者更长。
需要说明的是，待观测月面点是否处于光照区内，可以利用该月面点对应的最大地形高度角及太阳高度角的相互关系进行判断；若在观测时刻下月面点的太阳高度角大于其最大地形高度角，则判定待观测月面点处于光照区内，在后续的有效太阳辐照度解算步骤中，计算该月面点在该观测时刻对应的有效太阳辐照度i(t)；若在观测时刻下月面点的太阳高度角不大于最大地形高度角，则判定待观测月面点处于阴影区；在后续的有效太阳辐照度解算步骤中，并不计算月面点在该观测时刻对应的有效太阳辐照度i(t)。待观测月面点是否处于光照区内的分析步骤请参考(张吉栋.基于lola数据的月球光照及应用研究[d].长春:吉林大学,2017.)，这里不再赘述。
在确定了目标区域内全部的待分析光照月面点及各待分析光照月面点的光照时刻后，对预先设定的光照分析时段内，目标区域内的太阳辐照分析涉及到：
逐一分析待分析光照月面点的太阳辐照能，从而得到目标区域内的太阳辐照能；针对任一待分析光照月面点，在预先设定的光照分析时段内，逐一对其连续光照时段内的辐射能进行计算。
具体实施时，所述的方法，还可以包括：
根据获取的预先设定的光照分析时段，确定所述光照分析时段内所述待分析光照月面点y的全部光照时刻ti，其中，1≤i≤m；及
将所述光照分析时段划分为至少一个连续光照时段tj，其中，1≤j≤n，n≤m，每个所述连续光照时段tj内包括单独的一个光照时刻或至少两个相邻的光照时刻；
针对每一个连续光照时段tj，记所述连续光照时段tj内的光照时刻的数目为k，k≥1：
获取所述连续光照时段tj内每一个光照时刻ti下所述待分析光照月面点y对应的有效太阳辐照度i(ti)；
利用第二公式确定所述光照时段tj内待分析光照月面点y的有效太阳辐射能wj，所述第二公式为，
其中，s为所述待分析光照月面点y的月面面积；ts、te分别为所述连续光照时段tj的开始时刻和结束时刻。
需要说明的是，月面同一区域，接收到的有效太阳辐射能取决于有效太阳辐照度与照射时间两个因素。这里采用求一个连续光照时段内的各光照时刻的平均太阳辐照度的方法计算该连续光照时段内月面某一区域接收到的有效太阳辐射能。
应当理解为，辐照度属于功率；而辐射能属于能量，是相对于时间的累积的量。
这种简化的有效太阳辐射能计算方法，在定量地反映了该段时间内有效太阳辐照度的较为真实的分布情况的基础上，通过平均化，使得有效太阳辐照度的计算精度受抽样时刻变动的影响较小，保证了解算结果的稳定可靠，能够充分保证分析精度满足使用要求。
需要说明的是，这里的抽样时刻由开始时间、结束时间以及时间分辨率来确定。
具体实施时，所述的方法，还可以包括：
根据所述连续光照时段tj内待分析光照月面点y的有效太阳辐射能wj，利用第三公式确定所述预先设定的光照分析时段内所述待分析光照月面点y的总有效太阳辐射能w，所述第三公式为：
与现有技术中将太阳辐照度设定为常数，或按照某种余弦变化这类简化处理的方式不同，本发明实施例的月球表面太阳辐射分析方法，在更真实的月面点光照时间计算的数据基础上，进一步考虑月面坡度对太阳辐照度的影响，得到的有效太阳辐照度的数据精度更高、可用性更强。
具体实施时，
所述的方法，所述根据获取的目标月面区域内的待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的太阳入射角z，具体为：
根据获取的待分析光照月面点y的经纬度数据，确定与所述待分析光照月面点y相邻的第一月面参照点ya和第二月面参照点yb的经纬度数据及高程数据，且所述第一月面参照点ya和第二月面参照点yb也彼此相邻；
将获取的待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，转换为所述待分析光照月面点y的空间直角坐标数据(yx,yy,yh)；
将所述第一月面参照点ya和第二月面参照点yb的经纬度数据及高程数据，转换为所述第一月面参照点ya和第二月面参照点yb的空间直角坐标数据(yax,yay,yah)和(ybx,yby,ybh)；
根据所述待分析光照月面点y、所述第一月面参照点ya和第二月面参照点yb的空间直角坐标数据(yx,yy,yh)、(yax,yay,yah)和(ybx,yby,ybh)，利用第四公式，确定所述待分析光照月面点y的坡面法向量
根据所述坡面法向量
需要说明的是，根据第五公式确定的z的取值范围为0°-180°。结合上述第一公式的物理含义，为避免出现不符合真实物理规律的数值错误，做以下限定：
当
需要说明的是，将月面点的经纬度数据及高程数据，转换为该月面点的空间直角坐标数据的方法为本领域公知，这里不再赘述。
需要说明的是，根据月面点的经纬度数据及高程数据，确定该月面点所在的月面点-日心方向向量
优选地，所述的方法，所述根据获取的待分析光照月面点y的经纬度数据，确定与所述待分析光照月面点y临近的第一月面参照点ya和第二月面参照点yb的经纬度数据及高程数据，具体为：
确定全月数字高程模型数据中，位于所述待分析光照月面点y的正东方向、与所述待分析光照月面点y沿经度方向的距离为单位空间分辨率的月面点为第一参照月面点ya；
确定全月数字高程模型数据中，位于所述待分析光照月面点y的东南方向、与所述待分析光照月面点y沿经度方向和纬度方向距离分别为单位空间分辨率的月面点为第二参照月面点yb；
确定所述全月数字高程模型数据中，与所述第一参照月面点ya对应的高程数据；
确定所述全月数字高程模型数据中，与所述第二参照月面点yb对应的高程数据。
需要说明的是，与所述待分析光照月面点y临近的第一月面参照点ya和第二月面参照点yb可以是距离该待分析光照月面点y为一个单位空间分辨率、且彼此相邻的两个月面点，以实现“三点确定一平面”，从而得到该月面点的坡度向量，以分析地形对月面辐照的影响。
需要说明的是，这里的全月数字高程模型数据可以根据分析精度和需求灵活选择，从而获得计算复杂度与计算精度之间较好的平衡。
具体实施时，所述的方法，所述根据获取的目标月面区域内的待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定分析时刻t下所述待分析光照月面点y的太阳辐照度e(t)，具体为：
根据获取的所述待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定观测时刻t下所述待分析光照月面点y与日心的距离d，并利用第六公式确定所述待分析光照月面点y的太阳辐照度e(t)，所述第六公式为：
e(t)＝a0(au/d)2，其中，a0为一个天文单位(au)下的太阳常数。
需要说明的是，根据获取的所述待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定观测时刻t下所述待分析光照月面点y与日心的距离d为本领域公知，这里不再赘述。
第二方面，如图2所示，本发明实施例的月球表面太阳辐射分析装置，包括：
太阳入射角解算模块10，用于根据获取的目标月面区域内的待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的太阳入射角z；
太阳辐照度解算模块20，用于根据获取的目标月面区域内的待分析光照月面点y的经纬度数据及高程数据，确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的太阳辐照度e(t)；
有效太阳辐照度解算模块30，用于根据所述太阳入射角z和所述太阳辐照度e(t)，利用第一公式确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的有效太阳辐照度i(t)，所述第一公式为：
i(t)＝e(t)·cos(z)。
具体地，所述的装置，还包括：
光照时刻解算模块，用于在所述有效太阳辐照度解算模块利用第一公式确定光照时刻t下所述待分析光照月面点y的有效太阳辐照度i(t)之前，
根据获取的目标月面区域内的待观测月面点x的经纬度数据和高程数据，确定观测时刻r下待观测月面点x是否处于光照区内，其中，所述观测时刻r是以时间分辨率为间隔在预先设定的观测时段内选取的；
若在单独的一个观测时刻下或至少两个相邻的观测时刻下，所述待观测月面点x均处于光照区内，则确定所述待观测月面点x为待分析光照月面点；及确定所述单独的一个观测时刻或所述至少两个相邻的观测时刻为光照时刻。
具体地，所述的装置，还包括：
有效太阳辐射能解算模块，用于根据所述光照时刻解算模块确定的光照时刻，及所述有效太阳辐照度解算模块确定的光照时刻t下所述待分析光照月面点y的有效太阳辐照度i(t)：
根据获取的预先设定的光照分析时段，确定所述光照分析时段内所述待分析光照月面点y的全部光照时刻ti，其中，1≤i≤m；及
将所述光照分析时段划分为至少一个连续光照时段tj，其中，1≤j≤n，n≤m，每个所述连续光照时段tj内包括单独的一个光照时刻或至少两个相邻的光照时刻；
针对每一个连续光照时段tj，记所述连续光照时段tj内的光照时刻的数目为k，k≥1：
获取所述连续光照时段tj内每一个光照时刻ti下所述待分析光照月面点y对应的有效太阳辐照度i(ti)；
利用第二公式确定所述光照时段tj内待分析光照月面点y的有效太阳辐射能wj，所述第二公式为，
其中，s为所述待分析光照月面点y的月面面积；ts、te分别为所述连续光照时段tj的开始时刻和结束时刻。
本发明实施例的月球表面太阳辐射分析装置与上述的月球表面太阳辐射分析方法具有相同的技术方案，因此具有相同的有益效果，这里不再赘述。
实施例：
嫦娥4号着陆器和巡视器将于2018年进行发射，拟着陆于月球背面艾特肯盆地内的冯卡门撞击坑(vonkármáncrater)，有望实现人类首次月球背面软着陆和巡视勘察。太阳辐射条件研究是了解着陆区的热环境特性、保证着陆器正常运行、构建月面科研基地的重要参考。
以下应用本发明实施例提供的月球表面太阳辐射分析方法，对月球背面艾特肯盆地内的冯卡门撞击坑(vonkármáncrater)进行太阳辐射分析，以提高月表温度的反演精度，为着陆区提供可靠的太阳能源信息参考。
具体地，采用美国航天局月球勘测轨道飞行器(lunarreconnaissanceorbiter，lro)所搭载的月球轨道激光高度计(thelunarorbiterlaseraltimeter，lola)提供的月表高程数据。目前，该月表高程数据的空间分辨率最高、精度最好。具体地，采用lolagdrs(griddeddatarecords)是由长期积累的rdr(reduceddatarecords)数据和lroc(lunarreconnaissanceorbitercamera)影像数据处理得到的月球规则矩形格网地形数据集。该月球规则矩形格网地形数据集提供了包括1/64°在内的多种空间分辨率的全月数字高程模型(ldems，loladigitalelevationmodels)数据，其高程值可视为多值影像的像素点，不仅能实现对月面地形的数字化模拟，而且易于存储和处理，因而得到了广泛的使用。
如图3所示，为截取的范围为(171°e-183°e，41°s-49°s)的冯卡门撞击坑高程图。图3表明，冯卡门撞击坑地区地势起伏明显，高程变化很大，北部坑壁外侧高程最高，约-1000米，坑内最低处出现在中央峰西北侧的一小型撞击坑内，高程为-6621米。中央峰是坑内最高的地方，高程约-4500米；坑底平原高程均小于-5000米，中央峰南侧坑底平原部分是高程变化最小的地区。
如图4所示，月面任意坡面的法向量
i＝e·cos(z)(1)
式(1)中，i和e的单位为w/m2。式(1)表明影响月表有效辐照度的因素包括太阳辐照度e和太阳入射角z两方面。
在不考虑其它天体和宇宙尘埃对太阳辐射产生的影响下，月表太阳辐照度可由日月距离的修正得到，关系如式(2)所示：
e＝a0(au/d)2(2)
式(2)中，d为该时刻下月面点与日心的距离，a0为一个天文单位(au)下的太阳常数，这里取1365.5w/m2。
在某一计算时间段t内月球表面积s所得到的有效太阳辐射能w由式(3)计算表示：
w＝i·s·t(3)
太阳入射角z主要考虑
根据所使用坡度数据的特点，建立了如图5所示的坡度计算模型。设y0为待求坡度的月面点，经纬度为(ylon0，ylat0)，y3和y7分别为格网地形数据点y0东、东南方向最邻近高程数据空间分辨率下的月面点，经纬度分别为(ylon0+c，ylat0)和(ylon0+c，ylat0-c)，c为所使用的地形数据的空间分辨率，优选地，取1/64°。
记
基于nasa喷气推进实验室(jetpropulsionlaboratory，jpl)推出的de系列高精度历表，以及美国海军天文台天体测量软件(navalobservatoryvectorastrometrysoftware，novas)可以得到不同时刻下月球天平动和日月空间位置信息，测量计算精度可达到亚毫米级，完全可以满足解算冯卡门撞击坑太阳辐照度的应用需要。通过将
在文献a(张吉栋.基于lola数据的月球光照及应用研究[d].长春:吉林大学,2017.)构建的光照模型基础上，在对月面辐照度和接收太阳辐射能做计算时，进一步考虑了太阳入射角的影响。
由式(3)可知，当计算面积s一定时，接收有效太阳辐射能w取决于有效太阳辐照度i与照射时间t乘积。具体地，采用求各时段平均太阳辐照度的方法计算w。
如图6所示，设(t0，t4)是月面点可以受到连续光照的一个时段，从t0时刻起等时间间隔取样计算，对应时刻分别为t0、t1、t2、t3，ii为各时刻下的太阳辐照度，i＝0,1,2,3。由式(1)至式(6)，图6所示的时段内月面得到的有效太阳辐射能w可表示为：
基于上述理论和模型，对2018年冯卡门撞击坑地区接收总的太阳辐射能量做了计算，时间分辨率为3小时，结果如图7a所示，空间分辨率为1/64°。从图中可以看出，太阳辐射能分布呈现出明显的地形特征。撞击坑边缘地区和中央峰是太阳辐射能变化比较大的区域。在冯卡门撞击坑、芬森撞击坑(182.1°e，42.0°s)、阿尔德撞击坑(182.6°e，48.6°s)等撞击坑内都表现出南侧向阳坡坑壁接收到的太阳辐射能量明显大于北侧背阴坡的特征。计算区域内太阳辐射能量变化幅度很大，约为1.21×1010j/m2，最大值为1.32×1010j/m2，最小值仅为1.07×109j/m2。在图7a所示的黑色椭圆范围内，冯卡门撞击坑中央峰北侧接收到的太阳辐射能最高，约为1.23×1010j/m2，是中央峰南侧最小值的2.8倍。坑底北部地势起伏明显，太阳辐射能受地形的影响很大；而坑底南部大部分地区是坡度较小的平原区，除其内部零散的小型撞击坑外，绝大部分地区太阳辐射能量都在0.9-1×1010j/m2之间。
图7b是不考虑月面地形时冯卡门撞击坑区域的太阳辐射能量分布。结果表明，在不考虑地形的情况下，受月球赤道面与黄道平面夹角以及物理天平动的影响，太阳辐射能等值线近似东西向，呈现东部比西部略高的特征。与考虑地形的计算结果相比，太阳辐射能随纬度变化更加明显，纬度越高，太阳辐射能越低，但变化幅度明显减小，计算范围内全年接收总的太阳辐射能最大值和最小值分别为1.01×1010j/m2和8.73×109j/m2，变化量仅为1.37×109j/m2。这说明，地形和月面地理位置都会对月面太阳辐射造成影响，考虑地形时太阳辐射能量发生更大的变化也说明地形是更重要的影响因素。
为更好地了解冯卡门撞击坑太阳辐射能在纬度方向的变化情况，在图7a黑色椭圆所示的撞击坑区域内，选取中心经线176.125°e(图7a蓝色实线)做坡度与纬度的太阳辐射能变化分析。图8中l1为考虑坡度下的太阳辐射能变化。由于撞击坑北部地势起伏较大，43°s附近的坡度和太阳辐射能变化比较明显，在43.5°s附近地势较为平坦，太阳辐射能变化也比较小。中央峰地区坡度出现明显变化，太阳辐射能由北向南先急剧增大后急剧减小；中央峰以南的坑底平原，坡度变化很小，随纬度的升高，太阳辐射能逐渐降低，这与不考虑地形的情况吻合。中途经过一个小型撞击坑c1(176.125°e，45.34375°s)，是撞击坑内地势起伏和太阳辐射能变化最明显的地区，坡度为34.3°，太阳辐射能为1.53×109j/m2，仅为坑底平原区的五分之一。最后到达南部坑壁，由于其属于向阳坡，太阳辐射能明显大于坑底平原区。l2为不考虑坡度的太阳辐射能变化，随着纬度的升高，太阳辐射能持续减少，变化量为1.39×109j/m2，在坑底平原处与考虑地形时的太阳辐射能量值基本吻合，这再次说明地形是影响月面接收太阳辐射能的重要因素。
具体实施时，应用本发明实施例提供的月球表面太阳辐射分析方法，编制计算机程序，可以得到相应的月球表面太阳辐射分析装置，利用该分析装置对冯卡门地区2018年太阳辐射进行的数值模拟分析表明，地形对太阳辐射的影响很大，撞击坑的南部坑壁、中央峰北部以及内部小撞击坑南部坑壁接收的太阳辐射能较多，坑底平原大部分地区接收的太阳辐射能在0.9-1×1010j/m2之间；不考虑月面坡度时，太阳辐射能量主要受纬度的影响，计算区域的变化范围为0.87-1.01×1010j/m2。结合月表坡度和光照条件提出了两个候选着陆区其中，s1区位于坑底南部平原，地势更平缓，日出更早，光照时间更长；s2区位于中央峰西北侧，接收的太阳辐射能量更多。两区全年平均接收的太阳辐射能分别为9.31×109j/m2和9.65×109j/m2，七月份光照时间最长，更适宜着陆。
综上，利用本发明实施例的月球表面太阳辐射分析方法，在月球光照模型基础上，进一步考虑月面地形对太阳辐射的影响，可以定量得到并分析冯卡门撞击坑2018年太阳辐射能量条件，为嫦娥4号着陆提供太阳能量信息参考。
以上结合具体实施方式描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可联想到本发明其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明保护范围之内。