利用双频雷达探测地下冰层的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用双频雷达探测地下冰层的方法。该方法通过对雷达回波信号强度、延时等特性的分析，获取火星表面覆盖层厚度以及火星地下是否存在冰层，以及冰层的厚度等信息，相比于现有技术中子测量技术准确性和可靠性更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子行业雷达探测
，尤其涉及一种。
技术介绍
水或融水在低温下固结的冰称为冰层。在地球上，最常见的冰层是夏季瀑布变为冬季冰瀑布，其属于季节性冰壁。在地外天体如月球、火星上，也有大量冰层存在。据观测，月球北极发现拥有冰层的大量“水囊”，这为宇航员号无人探测器有可能进行的月球探测活动提供了另一个可供选择的研究区域。在宇宙天体上发现冰层是非常激动人心的发现，其可为未来参与月球登陆任务的宇航员提供自然资源。并可以融化后变成饮用水，或者分裂成氧气和氢气，为宇航员及火箭提供呼吸气体和燃料。目前，对月球及深空地下冰层探测的方法为使用中子探测技术。该方法主要为通过判断氢元素的存在进而判定行星地下是否有冰层存在。该方法的原理是:由于氢核与中子质量相当，因此中子与氢核碰撞会损失很多能量，超热中子经过这种碰撞会迅速慢化成为热中子。假如行星某个区域富含氢，经过该区域的中子在逃离行星前会很快“冷却”，那么该区域上空的中子探测器会检测到超热中子通量的下降和热中子通量的增加。因此氢含量可以通过某种类型中子(如超热中子)的计数率或不同类型中子计数率的相对值来反映。然而，在实现本专利技术的过程中， 申请人:发现:中子测量技术得到的中子谱并不能区分氢的不同化学形式，因此使用该方法并不能得到地下冰层存在的确切证据，并且不能确定冰层厚度。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种，以确定天体上是否存在冰层以及冰层的厚度。( 二 )技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种。该方法包括:步骤A，通过发射天线向火星表面发射周期性的双频雷达信号，其中，发射天线距离被测表面的高度为R，双频雷达信号的设置如下:发射功率为PT，第一频率为、第二频率为f2,收发天线增益为G ;步骤B，由接收天线接收由火星表面返回的双频雷达信号的回波信号，由该回波信号中提取以下参数:对于第一频率雷达信号的回波:由第一个回波提取雷达表面回波功率P1 ;由第二个回波提取雷达次表面回波信号幅度P2fl，功率P2以及雷达波在火星表面覆盖层中的传播延时td1 ;由第三个回波提取雷达回波信号幅度P3fl以及雷达波在火星次表层中的传播延时tD2 ;对于第二频率f2的回波:由第二个回波提取雷达次表面回波信号幅度P2f2 ;由第三个回波提取雷达回波信号幅度P3f2 ;步骤C，根据雷达表面回波功率P1，求得雷达波在火星表面产生的反射系数Rtll ;步骤D，根据雷达波在火星表面产生的反射系数Rtll，求得火星表面覆盖层介质相对介电常数L1 ;步骤E，根据第一频率、第二频率f2、第一频率的雷达次表面回波信号幅度P2fl、第二频率f2的雷达次表面回波信号幅度P2f2、雷达波在火星表面覆盖层中的传播延时td1以及火星表面覆盖层介质相对介电常数e…求得雷达波在火星表面覆盖层传播时的损耗角正切tan 6 i及火星表面覆盖层厚度Z1 ;步骤F，根据双频雷达信号的发射功率为PT、收发天线增益为G、雷达波在火星表面产生的反射系数IV、火星表面覆盖层介质相对介电常数e 、雷达波在火星表面覆盖层传播时的损耗角正切tan 6 1、火星表面覆盖层厚度Z1、第一频率fl的雷达次表面回波信号功率P2以及雷达波在火星表面覆盖层传播时的损耗角正切tan 6 i，求得雷达波在火星次表面产生的反射系数R12 ;步骤G，根据雷达波在火星表面产生的反射系数Rtll和雷达波在火星次表面产生的反射系数R12，求得火星次表层介质相对介电常数e r2 ;根据第一频率f I的第三个回波的雷达回波信号幅度P3fl、第一频率雷达波在火星次表层中的传播延时tD2以及第二频率f2的第三个回波取雷达回波信号幅度P3f2，求得雷达波在次表层传播时的损耗角正切tan 6 2 ;步骤H，根据雷达波在次表层传播时的损耗角正切tan 6 2，火星次表层介质相对介电常数e w第一频率4，计算出火星次表层介质中电磁波的衰减常数a，如果衰减常数a介于10dB/km至20dB/km之间，则判断火星上存在冰层；否则，则判断火星上不存在冰层。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术通过对雷达回波信号强度、延时等特性的分析，获取火星表面覆盖层厚度以及火星地下是否存在冰层，以及冰层的厚度等信息，相比于现有技术中子测量技术准确性和可靠性更高。【附图说明】图1为本专利技术利用双频雷达探测地下冰层方法的原理示意图；图2为根据本专利技术实施例利用双频雷达探测地下冰层方法的流程图。`【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。本专利技术中，通过发射天线向火星表面发射周期性的双频雷达信号，该雷达信号在火星地下介质传播过程中，遇到火星土壤与地下冰层交界面、冰层与岩石交界面等地下介质不连续面时，产生电磁波的反射；接收天线接收到来自火星表面和地下的回波信号并经过雷达主机解码等处理后，通过对雷达回波信号强度、延时等特性的分析，获取火星表面覆盖层厚度以及火星地下是否存在冰层，以及冰层的厚度等信息。图1为本专利技术利用双频雷达探测地下冰层方法的原理示意图。图2为根据本专利技术实施例利用双频雷达探测地下冰层方法的流程图。请参照图1和图2，本实施例包括:步骤A，通过发射天线向火星表面发射周期性的双频雷达信号，其中，发射天线距离火星表面的高度为R，双频雷达信号的设置如下:发射功率为PT，第一频率为、第二频率Sf2，收发天线增益为G ;步骤B，由接收天线接收由火星表面返回的所述双频雷达信号的回波信号，由该回波信号中提取以下参数:对于第一频率4雷达信号的回波:由第一个回波，即火星表面回波，提取雷达表面回波功率P1 ;由第二个回波，即火星次表面回波，提取雷达次表面回波信号幅度P2fl，功率P2以及雷达波在火星表面覆盖层中的传播延时Tm ;由第三个回波提取雷达回波信号幅度P3fI以及雷达波在火星次表层中的传播延时Td2 ;对于第二频率f2的回波:由第二个回波提取雷达次表面回波信号幅度P2f2 ;由第三个回波取雷达回波信号幅度P3f2。步骤C，根据雷达表面回波功率P1，按照以下公式求得雷达波在火星表面产生的反射系数Rtll: 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用双频雷达探测地下冰层的方法，其特征在于，包括：步骤A，通过发射天线向火星表面发射周期性的双频雷达信号，其中，发射天线距离被测表面的高度为R，双频雷达信号的设置如下：发射功率为PT，第一频率为f1、第二频率为f2，收发天线增益为G；步骤B，由接收天线接收由火星表面返回的所述双频雷达信号的回波信号，由该回波信号中提取以下参数：对于第一频率f1雷达信号的回波：由第一个回波提取雷达表面回波功率P1；由第二个回波提取雷达次表面回波信号幅度P2f1，功率P2以及雷达波在火星表面覆盖层中的传播延时τD1；由第三个回波提取雷达回波信号幅度P3f1以及雷达波在火星次表层中的传播延时τD2；对于第二频率f2的回波：由第二个回波提取雷达次表面回波信号幅度P2f2；由第三个回波提取雷达回波信号幅度P3f2；步骤C，根据雷达表面回波功率P1，求得雷达波在火星表面产生的反射系数R01；步骤D，根据雷达波在火星表面产生的反射系数R01，求得火星表面覆盖层介质相对介电常数εr1；步骤E，根据第一频率f1、第二频率f2第一频率f1的雷达次表面回波信号幅度P2f1、第二频率f2的雷达次表面回波信号幅度P2f2、雷达波在火星表面覆盖层中的传播延时τD1以及火星表面覆盖层介质相对介电常数εr1，求得雷达波在火星表面覆盖层传播时的损耗角正切tanδ1及火星表面覆盖层厚度Z1；步骤F，根据双频雷达信号的发射功率为PT、收发天线增益为G、雷达波在火星表面产生的反射系数R01、火星表面覆盖层介质相对介电常数εr1、雷达波在火星表面覆盖层传播时的损耗角正切tanδ1、火星表面覆盖层厚度Z1、第一频率f1的雷达次表面回波信号功率P2以及雷达波在火星表面覆盖层传播时的损耗角正切tanδ1，求得雷达波在火星次表面产生的反射系数R12；步骤G，根据雷达波在火星表面产生的反射系数R01和雷达波在火星 次表面产生的反射系数R12，求得火星次表层介质相对介电常数εr2；根据第一频率f1的第三个回波的雷达回波信号幅度P3f1、第一频率f1雷达波在火星次表层中的传播延时τD2以及第二频率f2的第三个回波取雷达回波信号幅度P3f2，求得雷达波在次表层传播时的损耗角正切tanδ2；步骤H，根据雷达波在次表层传播时的损耗角正切tanδ2，火星次表层介质相对介电常数εr2，第一频率f1，计算出火星次表层介质中电磁波的衰减常数α，如果衰减常数α介于10dB/km至20dB/km之间，则判断火星上存在冰层；否则，则判断火星上不存在冰层。...

【技术特征摘要】
1.一种利用双频雷达探测地下冰层的方法，其特征在于，包括: 步骤A，通过发射天线向火星表面发射周期性的双频雷达信号，其中，发射天线距离被测表面的高度为R，双频雷达信号的设置如下:发射功率为Pt，第一频率为、第二频率为f2，收发天线增益为G; 步骤B，由接收天线接收由火星表面返回的所述双频雷达信号的回波信号，由该回波信号中提取以下参数: 对于第一频率雷达信号的回波:由第一个回波提取雷达表面回波功率P1 ;由第二个回波提取雷达次表面回波信号幅度P2fl，功率P2以及雷达波在火星表面覆盖层中的传播延时td1 ;由第三个回波提取雷达回波信号幅度P3fl以及雷达波在火星次表层中的传播延时 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C中按照以下公式求得雷达波在火星表面产生的反射系数Rtll: 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D中按照以下公式求得火星表面覆盖层介质相对介电常数^1: 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤E中分别按照以下公式求得雷达波在火星表面覆盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：方广有，刘小军，赵博，纪奕才，张锋，稂时楠，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：