论文部分内容阅读
固体潮、板块运动及大陆形变和冰川均衡调整是重要的宏观固体地球运动现象，它们具有大范围、长期、低形变梯度运动特征，对这些宏观运动现象进行精确、全面观测，对于认识固体地球运动机理和全球变化研究具有重要科学意义。星载合成孔径雷达干涉测量(Syntlletic Aperture Radar Iterferomeny，InSAR)可获取地表大范围、高精度的形变测量结果，但受限于卫星平台高度，星载合成孔径雷达(Synthetic Aerture Radar，SAR)只能覆盖地表百公里尺度的区域，难以对上千公里尺度的固体地球宏观运动现象进行连续、定期观测。
在月球表面安置仪器实现对地球及深空进行观测是近年来提出的构想。月基SAR初步探索研究发现，月基SAR具有大范围、重访周期短、高精度对地观测潜力，有望在宏观固体地球运动现象监测中发挥巨大作用。但月基SAR/InSAR的研究工作目前仍处于理论研究阶段，月基重轨InSAR对地观测模式缺乏深入的研究工作。
本文以月基重轨InSAR时空基线，空间覆盖，零多普勒线，天线指向和沿轨基线等关键参数为主要研究内容，通过建立精确的月基观测几何，全面深入分析了在空间去相干约束下，上述关键参数的时空分布特征，可为月基SAR/InSAR设计、观测计划实施等提供重要依据。本文主要研究内容及结论如下:
(1)月基重轨InSAR空间去相干约束分析。通过月球星历数据，模拟仿真月基SAR平台相对运动特征。表明月基重轨InSAR对地观测几何构建时存在空间基线去相干、多普勒质心去相干和旋转去相干等空间去相干约束。
(2)月基重轨InSAR时空基线及空间覆盖研究。根据地月相对运动特征，考虑空间基线去相干及形变测量灵敏度，建立月基重轨InSAR时空基线及空间覆盖观测模型，提出时空基线及空间覆盖计算方法，对时空基线及空间覆盖在1恒星月的分布特征展开分析。结果表明:月基重轨SAR的重访周期约为24.8小时，在1恒星月可实现约27次重访观测;受白赤交角影响，月基重轨InSAR的垂直基线长度会随着初始观测时间和重访周期在O～250000km之间变化;在空间基线约束下，不同时间基线可形成的有效干涉组合个数不同，当时间基线为1，26和27个重访周期时，有效干涉组合个数占总有效干涉组合的约50％;月基重轨InSAR距离向空间覆盖和方位向连续观测时间受垂直基线长度和轨道平行程度的共同影响。随着月球赤纬的升高，月基重轨InSAR可实现4400km幅宽，24小时连续对地观测。
(3)月基SAR零多普勒姿态控制研究。根据月基SAR零多普勒质心对地观测需求，考虑月球姿态不可人为控制的特点，首先分析月基SAR零多普勒线在地表的分布特征，发现月基SAR零多普勒线会随着观测时间和地表纬度而变化。在1恒星月，零多普勒线会偏离月球星下点中央经线约0°～40°;零多普勒线的重访周期会随着地表纬度的升高在24.53至25.28小时之间变化;由于地月距离较远，月基SAR在月表的安置位置对零多普勒线的影响较小。依此，提出了月基SAR零多普勒姿态控制方法，结果表明:月基SAR可实现零多普勒质心对地观测，在1恒星月内，月基雷达X轴的旋转角度变化量约为±5°，Y轴的旋转角度变化量约为±7°，Z轴的旋转角度变化量约为±26°。
(4)月基重轨InSAR沿轨基线研究。首先根据月基SAR零多普勒姿态控制结果，考虑相对运动轨道不平行特征及旋转去相干影响，建立月基重轨InSAR沿轨基线几何模型，提出沿轨基线计算方法，分析沿轨基线在1恒星月的分布特征。最后，综合考虑三种空间去相干约束的影响，分析有效干涉组合的分布特征。结果表明:月基重轨InSAR的沿轨基线不仅会随着初始观测时间和重访周期而变化，也会随着入射角而变化，其变化范围约为O～320000km;三种空间去相干条件约束下，随着入射角由20°增大到60°，有效干涉组合的个数降低约25％，但1,26和27个重访周期对应的有效干涉组合比重增加约9％。
在月球表面安置仪器实现对地球及深空进行观测是近年来提出的构想。月基SAR初步探索研究发现，月基SAR具有大范围、重访周期短、高精度对地观测潜力，有望在宏观固体地球运动现象监测中发挥巨大作用。但月基SAR/InSAR的研究工作目前仍处于理论研究阶段，月基重轨InSAR对地观测模式缺乏深入的研究工作。
本文以月基重轨InSAR时空基线，空间覆盖，零多普勒线，天线指向和沿轨基线等关键参数为主要研究内容，通过建立精确的月基观测几何，全面深入分析了在空间去相干约束下，上述关键参数的时空分布特征，可为月基SAR/InSAR设计、观测计划实施等提供重要依据。本文主要研究内容及结论如下:
(1)月基重轨InSAR空间去相干约束分析。通过月球星历数据，模拟仿真月基SAR平台相对运动特征。表明月基重轨InSAR对地观测几何构建时存在空间基线去相干、多普勒质心去相干和旋转去相干等空间去相干约束。
(2)月基重轨InSAR时空基线及空间覆盖研究。根据地月相对运动特征，考虑空间基线去相干及形变测量灵敏度，建立月基重轨InSAR时空基线及空间覆盖观测模型，提出时空基线及空间覆盖计算方法，对时空基线及空间覆盖在1恒星月的分布特征展开分析。结果表明:月基重轨SAR的重访周期约为24.8小时，在1恒星月可实现约27次重访观测;受白赤交角影响，月基重轨InSAR的垂直基线长度会随着初始观测时间和重访周期在O～250000km之间变化;在空间基线约束下，不同时间基线可形成的有效干涉组合个数不同，当时间基线为1，26和27个重访周期时，有效干涉组合个数占总有效干涉组合的约50％;月基重轨InSAR距离向空间覆盖和方位向连续观测时间受垂直基线长度和轨道平行程度的共同影响。随着月球赤纬的升高，月基重轨InSAR可实现4400km幅宽，24小时连续对地观测。
(3)月基SAR零多普勒姿态控制研究。根据月基SAR零多普勒质心对地观测需求，考虑月球姿态不可人为控制的特点，首先分析月基SAR零多普勒线在地表的分布特征，发现月基SAR零多普勒线会随着观测时间和地表纬度而变化。在1恒星月，零多普勒线会偏离月球星下点中央经线约0°～40°;零多普勒线的重访周期会随着地表纬度的升高在24.53至25.28小时之间变化;由于地月距离较远，月基SAR在月表的安置位置对零多普勒线的影响较小。依此，提出了月基SAR零多普勒姿态控制方法，结果表明:月基SAR可实现零多普勒质心对地观测，在1恒星月内，月基雷达X轴的旋转角度变化量约为±5°，Y轴的旋转角度变化量约为±7°，Z轴的旋转角度变化量约为±26°。
(4)月基重轨InSAR沿轨基线研究。首先根据月基SAR零多普勒姿态控制结果，考虑相对运动轨道不平行特征及旋转去相干影响，建立月基重轨InSAR沿轨基线几何模型，提出沿轨基线计算方法，分析沿轨基线在1恒星月的分布特征。最后，综合考虑三种空间去相干约束的影响，分析有效干涉组合的分布特征。结果表明:月基重轨InSAR的沿轨基线不仅会随着初始观测时间和重访周期而变化，也会随着入射角而变化，其变化范围约为O～320000km;三种空间去相干条件约束下，随着入射角由20°增大到60°，有效干涉组合的个数降低约25％，但1,26和27个重访周期对应的有效干涉组合比重增加约9％。