月基对地观测几何特性研究

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1、博士学位论文月基对地观测几何特性研究作者姓名：任远桢指导教师:郭华东研究员中国科学院遥感与数字地球研究所刘广副研究员中国科学院遥感与数字地球研究所学位类别:理学博士学科专业:地图学与地理信息系统培养单位:中国科学院遥感与数字地球研究所2018年6月TheStudyofGeometricCharacteristicsofMoon-basedEarthObservationAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthe

2、degreeofDoctorofPhilosophyinCartographyandGeographyInformationSystemBy[RenYuanzhen]Supervisor:ProfessorGuoHuadongInstituteofRemoteSensingandDigitalEarthChineseAcademyofSciencesJune2018中国科学院遥感与数字地球研究所学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等

3、，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人在导师指导下完成的论文，知识产权归属中国科学院遥感与数字地球研究所。本人完全了解中国科学院遥感与数字地球研究所关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意研究所保存或向国家有关部门及机构送交论文的印刷版和电子版，允许论文被查阅和借阅；同意授权研究所采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存和汇编本学位论文。本人保证毕业后，以本论文数据和资

4、料发表论文（著作）或使用论文工作成果时，第一署名单位为中国科学院遥感与数字地球研究所，并征得导师同意。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：导师签名：日期：年月日致谢本文研究受到国家自然科学基金重大项目“地球宏观科学现象的月基观测研究”（编号：41590852）和中国科学院前沿科学重点研究项目“月基对地观测模拟实验研究”（编号：QYZDY-SSW-DQC026）的资助，在此致以衷心的感谢！摘要摘要二十一世纪初期，月基对地观测开始成为月球研究和空间对地观测的一个前沿方向。但是，月基对地观测的平台—人类地球的唯一自然卫星—月球，具有独特的几何特性，与机载和星载平台有很大

5、的差异，这给对地观测的实施带来了全新的机遇与挑战，主要表现在：（1）它具有相对稳定的轨道，并且始终有一面正对着地球；（2）它自身的尺度远大于机载和星载平台，因此需要考虑在月球表面的不同位置所带来的观测特性和能力的差异；（3）它具有独特的天平动，会对其姿态和对地观测带来影响；（4）月基对地观测的相关几何参数会随着日地月的运动而不断发生变化，而这个变化规律不同于星载与机载平台，需要针对性进行分析；（5）地月距离遥远，会产生秒级的光行差，在构建严密成像几何模型时需要考虑它的影响。然而，目前在月基对地观测几何方面的研究还十分匮乏，因此需要建立一套月基对地观测几何研究的科学架构，

6、开展细致深入的分析，加深对其几何特性及变化规律的理解与认知。因此，本文聚焦于月基对地观测的几何特性，具体开展了以下的工作：（1）月基对地观测几何建模基于星历数据和地球姿态参数，建立了全面的顾及月球天平动的月基对地观测相关参考系的转换体系，提出了月基对地观测几何模型，构建了月基对地观测几何研究的基本框架与方法，为实现月基对地观测几何特性的定性与定量分析奠定了基础。此外，设计了星下点的算法并基于月基对地观测模拟系统分析了其在年内、年际尺度的变化规律。（2）月基对地观测覆盖特性分析提出了一个用于评价月基对地观测覆盖能力的指标——有效覆盖度，设计了月基对地观测光学覆盖特性相关参

7、数的算法，分析了观测时长、观测频率与有效覆盖度的变化规律，并比较了月球表面不同位置及角度误差带来的有效覆盖度差异。月基对地观测在局部和整体都表现出了较好的观测能力，对于低纬度地区能I月基对地观测几何特性研究够实现高频率观测，对于高纬度地区能够实现长时间连续观测。从对地观测的角度出发，月球正面中心区域更适合作为月球基地。（3）月基对地观测角度特性分析设计了月基对地观测光学角度参数的算法，分析了太阳角与观测角的天顶角、高度角和方位角在单一时刻和长期的变化规律，对于太阳角的表现情况，还与完整的太阳角组合进行了对比分析。总体来说，月基对地观测的观