星球次表層探測雷達回波仿真

摘 要： 在中國未來的深空探測計劃中，將采用天基雷達探測技術，以實現(xiàn)對整個星球表面次表層結(jié)構的探測。星載高頻雷達探測儀通過月球表面天底點和次表面天底點的回波時延差與強度探測月球分層結(jié)構。為了獲取次表層結(jié)構信息，研究了電磁波在月球分層結(jié)構內(nèi)散射與傳播的建模與模擬，對利用KA近似方法計算表層及次表層回波的方法進行了研究，分析了不同參數(shù)對回波的影響，最后通過仿真進行了驗證。

關鍵詞： 次表層探測； 雜波抑制； 自適應濾波； 回波時延差

中圖分類號： TN957?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）19?0015?05

0 引 言

隨著我國探月工程研究工作的不斷深入，對于月球表層結(jié)構的探測需求日益提高。微波具有很強的穿透能力，可以穿透到干燥的次表層，揭示次表層結(jié)構特征，因此星載微波遙感技術也逐漸應用到對月球和其他星球的探測中。歐空局MARSIS系統(tǒng)和意大利航天局SHARAD系統(tǒng)在成功獲取了火星巖層結(jié)構圖像后，證實了HF波段雷達良好的深層探測能力[1?4]。

為分析雷達探測儀對月球次表層結(jié)構的探測，Kobayashi等由粗糙面散射的Kirchhoff近似（Kirchhoff Approximation，KA）模擬月球表面與次表面的雷達回波[5?7]。但是，由于計入月表面與次表面每個面元間可能的相互作用， 計算量非常大（約為O（N3），其中[N]為面元的數(shù)量）。Nouvel等用面元（Facet Method）模型給出了火星平緩粗糙表面的雷達探測儀回波模擬[8]，但其方法只適用于高度起伏不大的相對平緩的表面，也沒有次表面層回波的研究。法文哲提出了由KA近似與幾何光學射線追蹤相結(jié)合[9?10]，次表面回波只計算其鏡向散射的貢獻，突出了分層結(jié)構中散射傳輸?shù)臋C制，極大地減少了次表面回波的計算量。……