基于嫦娥一号卫星数据的柏拉图(Plato)月坑地质研究

通过CCD图像对Plato坑周围区域的线性地貌进行解译和构造方位统计,发现2组明显的线性构造优选方向,一组为NNE—SSW向,一组NWW—SEE向。分析后认为,这是在早期区域应力场作用下形成的,之后受到雨海事件和Plato事件的影响发生再活动,但是区域总体构造格架基本保持不变。使用IIM光谱研究发现,溅射物造成了Plato坑西部和东部在光谱上的差异。坑底玄武岩相对月海玄武岩基性物质含量要低,结合DEM分析认为坑底玄武岩并非从单点溢出。通过对Plato坑壁因垮塌而出露基岩的光谱研究和对本区域平底型月坑宽深比的统计,认为本区域属于高地与月海过渡的地区,在物质成分上受到雨海堆积物的影响而含有较多的低反射率基性物质。最后尝试性地对该地区的地质演化过程进行了推演,得出对本地区地质演化的粗略认识。

月球第谷撞击坑区域数字地质填图及地质地貌特征

第谷撞击坑,位于月球南半球的正面,中心位置经纬度为S43°23′40.78″,W11°10′01.02″,具有醒目壮观的辐射纹地貌特征。文中应用多源数据对12个哥白尼纪典型月坑进行统计分析、影像特征的详细解释和对比研究,提出将哥白尼纪划分为早哥白尼世(C1)、中哥白尼世(C2)及晚哥白尼世(C3),并对第谷月坑进行综合数字地质填图,编制了第谷月坑区域地质图和岩石类型分布图。第谷月坑在撞击时由于大量能量的释放或后期火山岩浆活动形成了各种地质地貌,可分为大型地质地貌与小型地质地貌。大型地貌包括辐射纹堆积、坑缘堆积、弧形断块堆积、坑底中心平原堆积与陨石残体中央峰堆积等所形成的地质地貌类型;小型地貌包括堆积、侵蚀和岩浆作用形成的各种地质地貌类型。

基于平滑因子和勒让德多项式展开的月坑地形模型

提出引入平滑因子的月坑模型,使其接近月坑真实的碗状模型,以利于吉布斯现象的抑制.考虑月坑旋转体模型的对称性,仅对模型剖面进行建模,使用勒让德多项式进行展开,可有效地简化运算.结果表明:平滑因子的引入使得月坑理论模型的边界更加平滑,有效地避免了吉布斯现象中杂波的产生.对勒让德展开系数求解的两类方法REC和ASY进行比较分析,发现基于渐近公式的ASY算法更加稳定,特别是超高阶展开系数的求解.研究可为月坑区域有效弹性厚度的估计提供参考.

基于Apollo图像的月表撞击坑自动提取

撞击坑是月表的主要形貌单元。研究月表撞击坑的形状与分布特征对描述月表撞击过程与演变规律有很大帮助。根据月表撞击坑的真实形状,提出了一套椭圆形撞击坑自动提取方法,其主要包括3个步骤:图像预处理、边缘检测与约束参数的Hough多椭圆分层检测。与人工提取结果比较,月表撞击坑自动提取的总体准确率在76%以上(其中比较大的撞击坑的检测率可以达到83%)。统计检测结果表明,当撞击坑的长半轴D<160 m时,其累积大小频率分布曲线撞击坑个数N与D-3.8有明显的线性关系。

基于总体最小二乘法的亚像素月球坑边缘优化提取算法

本文提出了一种基于总体最小二乘法求解多项式的亚像素边缘检测方法.实验证明其效果要好于最小二乘法,但是该方法容易陷入局部最优解.基于此,利用模拟退火算法的优点来求取该多项式,从而求得月坑边缘.

基于YOLO的月表撞击坑检测实验方案设计

月表撞击坑的自动提取可为星际探测器着陆的自动选址提供可靠参考,可直接服务于军民用航天领域的重要需求。然而,月表撞击坑尺度多变、分布不一的特性给有效的撞击坑自动提取方法的开发带来了挑战。该文针对航空航天信息类专业实践培养需求,设计了基于YOLO的月表撞击坑检测实验方案。首先构建月表撞击坑训练用数据库,然后搭建基于YOLO系列网络的深度学习模型,并对撞击坑检测效果进行测试,最终所训练的网络模型在测试集上的检测精度能达到97.7%。通过该实验方案的设计,可以使学生在实践中深入理解航空航天领域问题研究的思路和方法,提高学生科研探索的兴趣和动手能力。

基于邻域高程比对算法的月表撞击坑自动提取研究

月表撞击坑的精准自动提取是月球地貌特征研究的基础。该文基于坑缘部位相对突起的形态特征,利用月球勘测轨道器相机(LROC)提供的100m分辨率数字高程模型(DEM)数据,采用邻域高程比对算法对撞击坑进行自动识别。该方法首先确定坑缘轮廓位置,继而采用数学形态学方法进行噪声过滤、细化连接和自动识别坑缘处栅格。在月海和月陆地区提取实验结果表明:该方法对简单型撞击坑和复杂型撞击坑的提取率在64.7%以上,对边缘退化型撞击坑的提取率为63.6%;对比目视解译结果,提取准确率在74.5%以上;所提取撞击坑与自然形态吻合较好,偏移距离在400m以内的坑缘栅格数占81.5%以上。

DEM线状窗口邻域分析的月表撞击坑自动提取

月表撞击坑是月球最直观、典型的地质构造单元,月表撞击坑的提取与分析对于揭示月球地质演化进程具有重要意义。本文基于撞击坑地形特征,利用美国月球勘测轨道飞行器(LRO)获取的100 m分辨率数字高程模型(DEM)数据,提出了一种线状窗口邻域分析的月表撞击坑自动提取方法。月海和月陆两个不同样区的试验结果表明:月海样区的最佳提取窗口为1×7和7×1,最佳提取阈值为4.5;月陆样区的最佳提取窗口为1×9和9×1,最佳提取阈值为6。对比目视识别结果,该方法对月表撞击坑的有效提取率达到78%;评价因子结果显示,该方法对撞击坑的提取精度达到77%以上,提取质量达到70%以上。

月球极区附近典型的月面等离子体环境及地形的遮挡效应分析

由于特殊的环境条件,月球南极地区近年来逐渐成为月面着陆探测重点关注的区域。在未来开展月面南极地区探测时,探测器将受到月面复杂环境的影响。月球处于较复杂的空间等离子体环境,对南极地区月面探测器带电影响较大的环境主要包括太阳风环境、磁鞘环境和等离子体片环境等。计算在不同空间等离子体环境条件下,月球极区月面巡视器表面及附近的电位分布,并分析电位分布形成的原因。建立典型撞击坑的仿真模型,探索撞击坑附近不同带电粒子的分布以及尘埃颗粒的迁移特征。研究结果将加深对月球极区月面环境的认识,为月面探测活动中遇到的环境问题提供理论参考。

月球雨海北部陆地区域构造及其含义

月球雨海北部陆地是雨海多环盆地的第二层,平均高程约-1 km。DEM图像显示,大量来自虹湾与柏拉图月坑的掘积物使本地区高程变得非常不均一。统计了研究区内的月坑,并根据其深度与宽度之比(深宽比)将它们划分为4组。深宽比较小而扁率较大的月坑被认为是较古老的月坑。这些古老月坑分布于比较接近月海的位置。对研究区内线性构造的制图研究揭示了3个优选方位,分别是E—W、NEE—SWW和NW—SE向。这种分布样式与月球格子构造系统大致匹配,因而它们很可能形成于雨海事件之前。这些线性构造,包括断裂与月溪,在月海玄武岩泛滥时期为玄武质岩浆的侵入提供了大量通道。在研究区内一些地形较低的地点,玄武岩上侵并出露在月表,它们的FeO平均含量接近但是略低于月海玄武岩。总结了本地区的地质构造演化历史,并且推论月球上的确存在类月海的陆地。

羽流场与月壤颗粒相互作用的一种新计算方法

针对登月着陆器发动机下降过程中羽流场与月壤颗粒相互作用问题提出了一种新的计算方法。通过Morh-Coulomb破坏准则确定月壤颗粒可以被羽流扬起的临界剪应力,采用动量原理计算被扬起的月壤颗粒的质量大小及形成的月坑深度;基于牛顿第二定律,采用羽流场与月壤颗粒的流固耦合相互迭代的计算方法,获得被扬起月壤颗粒随时间的质量分布等。本文通过美国Apollo 11登月过程实测数据对该新方法进行了验证,为人类探月工程提供一定数据参考。

基于“玉兔号”月面数据的图像分割算法研究

月球表面环境感知是月球车自主导航的关键,月岩和月坑作为代表性的月面环境特征是月球车行驶过程中的主要障碍物。针对月球车自主导航和探测问题提出一种月岩和月坑的分割方法,首先对具有代表性的月面环境(月岩、月坑)进行各异向性扩散滤波(PM滤波),然后用最大类间方差法(Otsu)进行详细研究,对比分析最大类间方差法及基于最大类间方差法的两种改进方法。实验结果表明,基于粒子群的二维最大类间方差法在分割月岩和月坑图像时可取得较理想的效果。最后结合已有的三维重建平台,很好地在其基础上加入图像分割模块,为下一步避障和路径规划做准备。

地球爆抛月球的地质痕迹

根据６０年代的月质资料和海洋地质资料，全面总结地月关系和地质史，可以发现地球爆抛月球的地质痕迹和月质痕迹．１９７８年版世界地形图清楚地表明，全部深海盆、海沟、洋隆裂谷及陆地山脉裂谷、江河渠道等沉陷构造均呈线性闭合态，从而全球洋隆（指全部洋底隆起构造）和陆地统呈完全吻合性裂迹，全球地壳统呈向太平洋中心汇聚漂移和拉裂形变运动的营力痕迹，北－东－南太平洋海盆纵贯南北，其边缘不相吻合，显呈地球抛月质点──月坑抿合后的地质痕迹．而月壳则显呈月坑地壳包合月体的吻合性裂迹．这种全息性痕迹，是地球抛月海陆起源及地亮相对固定演化历史的核心论据。

月球南极沙克尔顿撞击坑周围电势和尘埃静电输运的理论分析

近年来,月球南极地区因其特殊的光照条件以及撞击坑永久阴影区中可能存在的水冰而成为未来探测的焦点.沙克尔顿(Shackleton)撞击坑几乎位于月球南极点,已成为包括嫦娥七号任务在内的未来着陆任务最热门的目的地.然而,人们对该撞击坑周围的电势和尘埃环境仍然知之甚少.本文建立了一个理论模型来研究撞击坑周围的月表电势和尘埃的静电输运.研究发现,由于地形遮挡,该撞击坑的底部会充负电,背风侧坑壁表面电位最低可至-175V.相应地,有大量带电尘埃颗粒会从背风侧坑壁发射出来,迁移高度可达10km,水平迁移距离约为40km,这使得撞击坑附近可形成局部尘埃云.通过数值模拟对地形遮挡和局部尘埃云进行了验证,发现撞击坑附近确实产生了局部尘埃云,典型尘埃密度为104~105m^(-3).研究结果对未来撞击坑附近月面探测的环境评估具有重要意义.此外,研究结果还有助于理解其他无大气天体的表面充电和尘埃静电输运过程.

Automatic extraction of lunar impact craters from Chang'E-1 satellite photographs

The distribution characteristics of the impact craters can provide a large amount of information on impact history and the lunar evolution process. In this research, based on the digital elevation model （DEM） data originating from Change＇E-1 CCD stereo camera, three automatic extraction methods for the impact craters are implemented in two research areas： direct extraction from flooded DEM data （the Flooded method）, object-oriented extraction from DEM data by using ENVI ZOOM function （the Object-Oriented method） and novel object-oriented extraction from flooded DEM data （the Flooded Object-Oriented method）. Accuracy assessment, extracted degree computation, cumulative frequency analysis, shape and age analysis of the extracted craters combined display the following results. （1） The Flooded Object-Oriented method yields better accuracy than the other two methods in the two research areas; the extraction result of the Flooded method offers the similar accuracy to that of the Object-Oriented method. （2） The cumulative frequency curves for the extracted craters and the confirmed craters share a simi- lar change trajectory. （3） The number of the impact craters extracted by the three methods in the Imbrian period is the largest and is of various types; as to their age earlier than lmbrain, it is difficult to extract because they could have been destroyed.