[發明專利]利用雙頻雷達探測地下冰層的方法

有效

• 申請號: 201310556258.5
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103605166A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 方廣有;劉小軍;趙博;紀奕才;張鋒;稂時楠
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01V3/12
• 分類號: G01V3/12;G01B15/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及電子行業雷達探測技術領域，尤其涉及一種利用雙頻雷達探測地下冰層的方法。

背景技術

水或融水在低溫下固結的冰稱為冰層。在地球上，最常見的冰層是夏季瀑布變為冬季冰瀑布，其屬于季節性冰壁。在地外天體如月球、火星上，也有大量冰層存在。據觀測，月球北極發現擁有冰層的大量“水囊”，這為宇航員號無人探測器有可能進行的月球探測活動提供了另一個可供選擇的研究區域。在宇宙天體上發現冰層是非常激動人心的發現，其可為未來參與月球登陸任務的宇航員提供自然資源。并可以融化后變成飲用水，或者分裂成氧氣和氫氣，為宇航員及火箭提供呼吸氣體和燃料。

目前，對月球及深空地下冰層探測的方法為使用中子探測技術。該方法主要為通過判斷氫元素的存在進而判定行星地下是否有冰層存在。該方法的原理是：由于氫核與中子質量相當，因此中子與氫核碰撞會損失很多能量，超熱中子經過這種碰撞會迅速慢化成為熱中子。假如行星某個區域富含氫，經過該區域的中子在逃離行星前會很快“冷卻”，那么該區域上空的中子探測器會檢測到超熱中子通量的下降和熱中子通量的增加。因此氫含量可以通過某種類型中子(如超熱中子)的計數率或不同類型中子計數率的相對值來反映。

然而，在實現本發明的過程中，申請人發現：中子測量技術得到的中子譜并不能區分氫的不同化學形式，因此使用該方法并不能得到地下冰層存在的確切證據，并且不能確定冰層厚度。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種利用雙頻雷達探測地下冰層的方法，以確定天體上是否存在冰層以及冰層的厚度。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種利用雙頻雷達探測地下冰層的方法。該方法包括：步驟A，通過發射天線向火星表面發射周期性的雙頻雷達信號，其中，發射天線距離被測表面的高度為R，雙頻雷達信號的設置如下：發射功率為P_T，第一頻率為f₁、第二頻率為f₂，收發天線增益為G；步驟B，由接收天線接收由火星表面返回的雙頻雷達信號的回波信號，由該回波信號中提取以下參數：對于第一頻率f₁雷達信號的回波：由第一個回波提取雷達表面回波功率P₁；由第二個回波提取雷達次表面回波信號幅度P_2f1，功率P₂以及雷達波在火星表面覆蓋層中的傳播延時τ_D1；由第三個回波提取雷達回波信號幅度P_3f1以及雷達波在火星次表層中的傳播延時τ_D2；對于第二頻率f₂的回波：由第二個回波提取雷達次表面回波信號幅度P_2f2；由第三個回波提取雷達回波信號幅度P_3f2；步驟C，根據雷達表面回波功率P₁，求得雷達波在火星表面產生的反射系數R₀₁；步驟D，根據雷達波在火星表面產生的反射系數R₀₁，求得火星表面覆蓋層介質相對介電常數ε_r1；步驟E，根據第一頻率f₁、第二頻率f₂、第一頻率f₁的雷達次表面回波信號幅度P_2f1、第二頻率f₂的雷達次表面回波信號幅度P_2f2、雷達波在火星表面覆蓋層中的傳播延時τ_D1以及火星表面覆蓋層介質相對介電常數ε_r1，求得雷達波在火星表面覆蓋層傳播時的損耗角正切tanδ₁及火星表面覆蓋層厚度Z₁；步驟F，根據雙頻雷達信號的發射功率為PT、收發天線增益為G、雷達波在火星表面產生的反射系數R₀₁、火星表面覆蓋層介質相對介電常數ε_r1、雷達波在火星表面覆蓋層傳播時的損耗角正切tanδ₁、火星表面覆蓋層厚度Z₁、第一頻率f1的雷達次表面回波信號功率P₂以及雷達波在火星表面覆蓋層傳播時的損耗角正切tanδ₁，求得雷達波在火星次表面產生的反射系數R₁₂；步驟G，根據雷達波在火星表面產生的反射系數R₀₁和雷達波在火星次表面產生的反射系數R₁₂，求得火星次表層介質相對介電常數ε_r2；根據第一頻率f1的第三個回波的雷達回波信號幅度P_3f1、第一頻率f₁雷達波在火星次表層中的傳播延時τ_D2以及第二頻率f₂的第三個回波取雷達回波信號幅度P_3f2，求得雷達波在次表層傳播時的損耗角正切tanδ₂；步驟H，根據雷達波在次表層傳播時的損耗角正切tanδ₂，火星次表層介質相對介電常數ε_r2，第一頻率f₁，計算出火星次表層介質中電磁波的衰減常數α，如果衰減常數α介于10dB/km至20dB/km之間，則判斷火星上存在冰層；否則，則判斷火星上不存在冰層。