【技术实现步骤摘要】
本申请属于微波遥感领域，具体涉及一种金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的被动微波遥感探测方法及系统。
技术介绍
1、金星大气探测的主要方式包括：
2、一是利用降落式探测器/浮空器/着陆器等携带的仪器，在进入、下降和着陆过程中对金星大气温度、压力、密度、风、化学成分等进行就位测量。其最大的优势是能获得大气不同层位就位信息，建立大气特征剖面。但由于金星大气中硫酸的强腐蚀和金星表面高温、高压的极端恶劣条件，目前仅有10个就位探测器成功实现软着陆，且它们的工作寿命非常短。这些极为有限的就位观测数据，提供了金星大气热力结构和成分的初步信息，特别是近地表30km大气信息的唯一来源，成为人类认识金星大气垂直结构的基础。但由于探测位置很少、并且只能获得经过位置和时刻的信息，难以细致和完整的描述金星低层大气温度、化学组分等的时空变化特征，特别是无法获得全球范围和连续时间变化过程信息，制约了人类对金星大气过程和变化的认识和理解。
3、二是在轨道上对金星大气进行遥感探测，包括环绕轨道探测和飞越探测。由于金星大部分区域都覆盖着浓浓的硫酸云雾，并且金星表面的高温、高压条件导致的大气光学衰减和光学厚度极大，主要是利用多种光学波段对中上层大气、特别是云层以上的大气进行探测。对于低层大气，仍存在诸多观测空白，主要包括：
4、1、对60km高度以下的温度垂直剖面缺乏有效的全球性观测；
5、2、30km高度以下so2、h2o、co分布的全球性观测仍是空白；
6、3、40-60km高度云区h2so4气体分布的
7、4、缺乏12km高度以下的近地表大气探测数据，对于金星地表与大气的物质和能量交换过程和大气运动的下层过程仍然未知。
8、三是在地球上利用射电望远镜进行金星大气观测。其最大的优势是可以实现对金星大气长期连续探测，但是地基望远镜的极远距离的探测和复杂的观测条件与数据处理，给探测信息的确认带来极大的困难。
9、总之，国际上尚未有探测手段能够获取低层大气温度及化学成分的时空分布及变化、大气-地表界面发生的反应、大气-地表边界的能量交换过程、地表附近重要痕量气体的浓度和空间变化等重要信息。
技术实现思路
1、本专利技术针对目前金星低层大气温度和硫化物浓度廓线探测空白，提供了一种金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的被动微波遥感探测方法及系统，目的是为了实现金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的全球连续、高时空分辨率、高精度观测。
2、为了实现上述目的，本申请提出了一种金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的被动微波遥感探测方法，所述方法包括：
3、步骤1)基于在5-300ghz微波频段，金星低层大气温度和硫化物浓度权重函数峰值高度呈现出随频率的升高而升高的规律，设计金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的联合探测通道，通过金星轨道器搭载的微波辐射计获取所述探测通道的辐射亮温观测值；
4、步骤2)建立物理迭代反演算法，基于辐射亮温观测值反演得到金星低层大气温度、so2气体、硫酸气体和硫酸液滴浓度廓线。
5、作为上述方法的一种改进，所述步骤1)的金星低层大气温度和硫化物浓度廓线具体包括：从金星表面到金星云顶65km高度范围内的大气温度廓线、so2气体、硫酸气体和硫酸液滴浓度廓线。
6、作为上述方法的一种改进，在步骤1)中所述设计金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的联合探测通道，具体包括：
7、步骤1a-1)将金星大气廓线数据输入金星大气辐射传输模型，得到5-300ghz不同微波频率不同入射角下温度、so2气体、硫酸气体和硫酸液滴权重函数；
8、步骤1a-2)从候选频点中剔除水汽、co、ocs吸收谱线谱线附近±20mhz频率范围内的频点；
9、步骤1a-3)将大气层垂直均匀分为n个层，分层厚度根据金星大气温度、so2气体、硫酸气体和硫酸液滴的垂直分辨率观测需求确定，然后逐层进行探测频点选择，每一层的候选频点为权重函数峰值高度位于该大气层的频点；
10、步骤1a-4)计算每一层所有候选频点权重函数的平均坡度和平均峰值，选择权重函数曲线坡度大于平均坡度、峰值大于平均峰值，且仅有一个峰或主峰的峰值大于所有次峰峰值二倍的频点作为该大气层候选频点；
11、步骤1a-5)从各层候选频点中选出温度、so2气体、硫酸气体和硫酸液滴浓度权重函数峰值高度分布均为均匀分布的一组探测频点组合，作为温度和硫化物浓度廓线联合探测通道的中心频率；
12、步骤1a-6)确定各探测通道的最大带宽，将该确定的最大带宽，作为金星低层大气温度和硫化物浓度廓线联合探测通道的带宽；确定最大带宽的条件为：满足带宽内亮温的积分平均值与中心频率亮温的差值小于1k、带宽内亮温变化小于2k、带宽内权重函数峰值高度变化小于0.1km。
13、作为上述方法的一种改进，所述步骤1)的金星轨道器搭载的微波辐射计采用交轨扫描下视探测体制。
14、作为上述方法的一种改进，所述步骤1)的通过金星轨道器搭载的微波辐射计获取所述探测通道的辐射亮温观测值，具体包括：
15、步骤1b-1)通过系统定标，并结合天线方向图，将微波辐射计接收到的电信号转换成辐射亮温观测值；
16、步骤1b-2)将观测区域的大气廓线数据输入金星大气辐射传输模型，得到微波辐射计的辐射亮温模拟值，分析辐射亮温观测值和模拟值的偏差分布特征，建立偏差订正模型；
17、步骤1b-3)将辐射亮温观测值，输入偏差订正模型，得到订正后的辐射亮温观测值。
18、作为上述方法的一种改进，所述步骤2)的建立物理迭代反演算法具体包括：
19、步骤2-1)将金星大气廓线的初始估计值输入金星大气辐射传输模型，得到微波辐射计的辐射亮温初始模拟值，将辐射亮温观测值和辐射亮温初始模拟值代入到多入射角代价函数中；
20、步骤2-2)基于levenverg-marquardt法通过最小化代价函数迭代求解金星低层大气温度和硫化物浓度廓线；迭代反演中，背景协方差矩阵使用参数化的高斯函数，测量误差协方差矩阵使用对角线元素为系统随机噪声的方差、非对角线元素为0的对角矩阵，利用l曲线法、偏差原则法、或者广义交叉检验法优化选择阻尼因子。
21、本申请还提供一种金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的被动微波遥感探测系统，基于上述方法实现，所述系统包括：
22、获取所述探测通道的辐射亮温观测值模块，用于基于在5-300ghz微波频段，金星低层大气温度和硫化物浓度权重函数峰值高度呈现出随频率的升高而升高的规律，设计金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的联合探测通道，通过金星轨道器搭载的微波辐射计获取所述探测通道的辐射亮温观测值；和
23、反演廓线模块，用于建立物理迭代反演算法，基于辐射亮温观测值反演得到金星低层大气温度、so2气体、硫酸气体和硫酸液滴浓度廓线。
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1.一种金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的被动微波遥感探测方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的被动微波遥感探测方法，其特征在于，所述步骤1)的金星低层大气温度和硫化物浓度廓线具体包括：从金星表面到金星云顶65km高度范围内的大气温度廓线、SO2气体、硫酸气体和硫酸液滴浓度廓线。
3.根据权利要求1所述的金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的被动微波遥感探测方法，其特征在于，在步骤1)中所述设计金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的联合探测通道，具体包括：
4.根据权利要求1所述的金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的被动微波遥感探测方法，其特征在于，所述步骤1)的金星轨道器搭载的微波辐射计采用交轨扫描下视探测体制。
5.根据权利要求1所述的金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的被动微波遥感探测方法，其特征在于，所述步骤1)的通过金星轨道器搭载的微波辐射计获取所述探测通道的辐射亮温观测值，具体包括：
6.根据权利要求1所述的金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的被动微波遥感探测方法，其特征在于，所述
7.一种金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的被动微波遥感探测系统，基于权利要求1-6任一所述方法实现，其特征在于，所述系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的被动微波遥感探测方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的被动微波遥感探测方法，其特征在于，所述步骤1)的金星低层大气温度和硫化物浓度廓线具体包括：从金星表面到金星云顶65km高度范围内的大气温度廓线、so2气体、硫酸气体和硫酸液滴浓度廓线。
3.根据权利要求1所述的金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的被动微波遥感探测方法，其特征在于，在步骤1)中所述设计金星低层大气温度和硫化物浓度廓线的联合探测通道，具体包括：
4.根据权利要求1所述的金星低层大气温度和硫化物浓度廓线...
【专利技术属性】
技术研发人员：张子瑾，董晓龙，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：
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