光学遥感仪器月球定标技术研究

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1、博士学位论文光学遥感仪器月球定标技术研究作者姓名：牛明慧指导教师:陈桂林（院士）陈福春（研究员）中国科学院上海技术物理研究所学位类别:工学博士学科专业:物理电子学培养单位:中国科学院上海技术物理研究所2018年6月中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日

2、期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解中国科学院大学有关保留，使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：指

3、导教师签名：日期：年月日ResearchonthelunarcalibrationtechnologiesofopticalremotesensingradiometersAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhysicalElectronicsByNiuMinghuiSupervisor:AcademicianChe

4、nGuilinProfessorChenFuchunShanghaiInstituteofTechnicalPhysicsJune2018摘要摘要在轨定标是光学遥感仪器观测资料定量化应用的重要保证。月球表面具有极高的稳定性，且月球上没有大气，月球反射和热发射辐射的动态范围也与现存光学遥感仪器的测量动态范围相当，这些特性使月球成为潜在的遥感仪器在轨定标参考源。在太阳反射波段，国内对月球定标技术的研究起步较晚，有待于进一步补充和深化；在热发射波段，国内外都只有少量研究，且都属于间接月球定标，即利用不同通道之间或不同增益

5、之间的交叉定标，尚没有直接以月球为定标参考源的研究。针对这些问题，本文从多个角度系统地论述了与月球定标相关的各种技术的理论和方法，包括：太阳反射波段的月球定标数据处理方法、月球的温度模型和热发射辐射模型的研究、地基月球观测的核心问题的解决方案等。当“太阳-月球-观测者”三者之间的几何位置关系一定时，月球的反射辐射量保持不变。利用这一特性，进行了太阳反射波段月球定标方法的研究。实际上这三者的位置关系总是在变动，需要进行距离修正、月相修正和天平动修正等归一化处理，之后才能认为月球观测序列理论上保持不变，而实际的衰减趋势

6、则反映了遥感仪器响应率的衰减。以风云二号E星为研究范例，重点研究了静止轨道卫星辐射计可见光通道的月球定标算法，得到风云二号E星可见光通道的年衰减率约为2.17%，为订正辐射计的辐射定标的系统性偏差提供了参考。月球在热发射波段也是潜在的光学遥感仪器在轨定标参考源。为了研究月球在热发射波段的辐射特性，需要研究月球表面的温度分布。从标准一维热扩散模型出发，探讨了月球表面温度与太阳辐射、月球表面反射率和月壤热物理属性的定性关系，指出月球白天的温度主要受太阳辐射和月球表面反射率的控制，而月球夜晚的温度则对月壤热物理属性敏感。

7、根据美国月球侦察轨道器（LunarReconnaissanceOrbiter,LRO）的红外探测仪器占卜者（Diviner）的地底观测数据，得到了全月球表面温度的空间和时间分布。最后以月球赤道地区为研究对象，探讨了月球赤道地区表面温度的解析形式，拟合残差在2.5%之内。月球表面的粗糙度使得月表的有效太阳辐射不完全随经纬度变化，另外由于月球上没有大气和月壤密度低等因素，月壤的绝热性很高，这就造成了月表的局部温度受控于它与太阳入射的相对角度。这种温度分布不均匀的尺度远远小于月球轨道探测器或地球轨道遥感仪器的瞬时视场，不

8、同的观测角度下视场内热面和I光学遥感仪器月球定标技术研究冷面所占的比例不同，得到的辐射温度也不同。根据Diviner的非地底观测数据研究了月球表面热发射辐射的方向特性，导出了辐射温度随发射角的变化规律，初步建立了月球的热发射辐射模型。以风云四号A星的中波红外波段（3.5~4.0μm）月球图像为例，验证了月球热发射辐射模型的合理性，模型预测辐亮度与风云四号A星