[發明專利]一種基于極化SAR多參數的月球水冰探測方法

有效

• 申請號: 202210675080.5
• 申請日: 2022-06-15
• 公開（公告）號: CN114779173B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 劉明亮;鄧云凱;劉秀清;王宇;高瑤
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02;G01S7/41;G01S13/06;G01S13/88;G01S13/90;G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 金怡

本發明公開一種基于極化SAR多參數的月球水冰探測方法，主要包括：選擇月球兩極異常隕石坑作為研究區域，計算圓極化率比CPR，并選擇CPR大于1的區域；利用m?δ分解方法得到研究區域各個散射分量功率，并選擇體散射占主導的區域；計算研究區域的粗糙度參數R，并基于該參數選擇相對平坦的區域；計算研究區域的后向散射系數σ，并基于該參數選擇石塊較少區域。同時滿足所有上述條件的區域判定為水冰可能存在的區域。本發明通過對異常隕石坑的極化SAR數據進行分析，基于多種參數選擇水冰存在的區域，剔除粗糙的月壤表面及沉積物、石塊等干擾因素，提高了水冰探測精度。

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，特別涉及一種基于極化SAR（合成孔徑雷達）的月球水冰探測方法。

背景技術

極化SAR是一種發射或接收多個極化狀態電磁波的成像雷達。水冰作為一種低介電損耗介質，在一定條件下會產生相干后向散射反相效應(coherent backscatteropposition effect，CBOE)。當雷達波在弱吸收介質（例如，水冰、風化層）中傳播時，由于異質性（例如，埋藏的巖石、空隙）會發生一系列隨機散射，那些沿相同路徑但以相反方向散射的波相干相加，導致反向散射雷達信號具有很高的圓極化率比（Circular PolarizationRatio, CPR）。因此極化SAR被認為是探測水冰最有效的工具之一。月球兩極部分區域因長時間范圍內無太陽照射而形成永久陰影區（Permanently Shadowed Region，PSR）。PSR內部溫度極低，可以存儲揮發性物質，因此月球兩極可能有水冰的存在。目前基于極化SAR對月球水冰探測方法主要是利用CPR。CPR是指接收的同向圓極化回波與反向圓極化回波功率的比值，當月球兩極存在有水冰時，其CPR參數會因CBOE而大于1?；贑PR參數，我們可以推斷月球兩極PSR內部是否存在水冰以及存在的位置。相較于其他載荷，極化SAR因其較高的分辨率可以對水冰進行較精準的定位。

然而，基于CPR參數的月球水冰探測方法受到了很多質疑。原因在于CPR大于1并不能準確地指向水冰。事實表明，粗糙表面相應的CPR值同樣可大于1。月球隕石坑沉積物、熔巖流和巖石表面等地質目標的CPR可高達2到4。因此，僅僅依據CPR指標，我們無法將水冰和粗糙的月壤表面區分開來。當前，月球兩極存在的異常隕石坑成為了研究熱點。異常隕石坑是指隕石坑內部區域CPR大于1，而外部區域CPR遠小于1。隕石坑內外CPR值的差異被解釋為水冰的存在導致。隕石坑內部區域因存在PSR而儲存水冰，外部區域因太陽直射不可能有水冰存在。但也有學者將異常隕石坑解釋為隕石坑內外區域的粗糙度不同，而非水冰的因素。為了準確地探測水冰，需要從CPR大于1的區域中剔除粗糙表面區域及有沉積物、石塊等地質目標干擾的區域。

發明內容

鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于極化SAR多參數的月球水冰探測方法，通過對異常隕石坑的極化SAR數據進行分析，基于多種參數選擇水冰存在的區域，剔除粗糙的月壤表面及沉積物、石塊等干擾因素，提高了水冰探測精度。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于極化SAR多參數的月球水冰探測方法，包括如下步驟：

（1）選擇月球兩極異常隕石坑作為研究區域，并計算CPR參數，選擇CPR參數大于1的區域；所述CPR參數為圓極化率比；

（2）基于研究區域的極化SAR數據和m-δ分解方法，計算各個散射分量的功率，選擇體散射占主導地位的區域；

（3）計算研究區域的粗糙度參數R，并根據所述粗糙度參數R選擇相對平坦的區域；