[發(fā)明專利]地下水冰探測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310556697.6
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103605127A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方廣有;劉小軍;趙博;紀(jì)奕才;張鋒;稂時(shí)楠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類號: G01S13/04
• 分類號: G01S13/04;G01B15/02
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子行業(yè)雷達(dá)探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用冰晶體的各向異性導(dǎo)致雷達(dá)波在冰層中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生回波極化圖形出現(xiàn)差別的原理的地下水冰探測方法。

背景技術(shù)

水或融水在低溫下固結(jié)的冰稱為水冰。在地球上，最常見的水冰是夏季瀑布變?yōu)槎颈俨迹鋵儆诩竟?jié)性冰壁。在地外天體如月球、火星上，也有大量水冰存在。據(jù)觀測，月球北極發(fā)現(xiàn)擁有水冰的大量“水囊”，這為宇航員號無人探測器有可能進(jìn)行的月球探測活動(dòng)提供了另一個(gè)可供選擇的研究區(qū)域。在宇宙天體上發(fā)現(xiàn)水冰是非常激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)，其可為未來參與月球登陸任務(wù)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，對月球及深空地下水冰探測的方法為使用中子探測技術(shù)。該方法主要為通過判斷氫元素的存在進(jìn)而判定行星地下是否有水冰存在。該方法的原理是：由于氫核與中子質(zhì)量相當(dāng)，因此中子與氫核碰撞會(huì)損失很多能量，超熱中子經(jīng)過這種碰撞會(huì)迅速慢化成為熱中子。假如行星某個(gè)區(qū)域富含氫，經(jīng)過該區(qū)域的中子在逃離行星前會(huì)很快“冷卻”，那么該區(qū)域上空的中子探測器會(huì)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(jì)數(shù)率或不同類型中子計(jì)數(shù)率的相對值來反映。

然而，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，申請人發(fā)現(xiàn)：中子測量技術(shù)得到的中子譜并不能區(qū)分氫的不同化學(xué)形式，因此使用該方法并不能得到地下水冰存在的確切證據(jù)，并且不能確定水冰層厚度。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種地下水冰探測方法，利用雙極化測量技術(shù)來確定地球或天體上是否存在水冰以及水冰層厚度。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種地下水冰探測方法。該地下水冰探測方法包括：步驟A，設(shè)置相互垂直的收發(fā)復(fù)用天線和接收天線；步驟B，由收發(fā)復(fù)用天線向探測位置地下發(fā)射線極化雷達(dá)波；步驟C，實(shí)時(shí)監(jiān)測收發(fā)復(fù)用天線和接收天線；以及步驟D，如果收發(fā)復(fù)用天線和接收天線同時(shí)接收到回波，則表明該回波為橢圓極化波，探測位置地下具有水冰。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明地下水冰探測方法具有以下有益效果：

(1)設(shè)置相互垂直安裝的收發(fā)復(fù)用天線和接收天線，收發(fā)復(fù)用天線向火星表面發(fā)射線極化波，如果收發(fā)復(fù)用天線和接收天線同時(shí)接收到回波，即接收到的回波為橢圓極化波，即可判定火星地下存在水冰，相比于現(xiàn)有技術(shù)中子測量技術(shù)，得到的結(jié)果準(zhǔn)確性更高；

(2)分析同極化回波信號，得到雷達(dá)波在火星表面覆蓋層中的傳播延時(shí)τ_D1和雷達(dá)波在火星次表層中的傳播延時(shí)τ_D2，進(jìn)而求得火星表面覆蓋層厚度Z₁和火星次表層，即水冰層的厚度Z₂。

附圖說明

圖1A為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例地下水冰探測方法的原理示意圖；

圖1B為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例地下水冰探測方法的流程圖；

圖2為本實(shí)施例仿真采用的天線安裝示意圖；

圖3為本實(shí)施例仿真采用的坐標(biāo)系示意圖；

圖4為采用本實(shí)施例方法仿真的同極化回波功率示意圖；

圖5為采用本實(shí)施例方法仿真的同極化回波功率示意圖局部放大圖；

圖6為采用本實(shí)施例方法仿真的交叉極化回波功率示意圖局部放大圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明提供了一種利用雙極化測量技術(shù)來確定接收到線極化波的方向、振幅、相位、空間位置特征進(jìn)而確定天體上是否存在水冰以及水冰層厚度的地下水冰探測方法。