High-accuracy same-beam VLBI observations using Shanghai and Urumqi telescopes

The same-beam VLBI observations of Rstar and Vstar, which were two small satellites of Japanese lunar mission, SELENE, were successfully performed by using Shanghai and Urumqi 25-m telescopes. When the separation angle between Rstar and Vstar was less than 0.1 deg, the differential phase delay of the X-band signals between Rstar and Vstar on Shanghai-Urumqi baseline was obtained with a very small error of 0.15 mm rms, which was reduced by 1-2 order compared with the former VLBI results. When the separation angle was less than 0.56 deg, the differential phase delay of the S-band signals was also obtained with a very small error of several mm rms. The orbit determination for Rstar and Vstar was performed, and the accuracy was improved to a level of several meters by using VLBI and Doppler data. The high-accuracy same-beam differential VLBI technique is very useful in orbit determination for a spacecraft, and will be used in orbit determination for Mars missions of China Yinghuo-1 and Russia Phobos-grunt.

Observations on the nocturnal activity and feeding behavior of Anguilla japonica glass eels under laboratory conditions

Glass eels of the temperate anguillid species, Anguilla japonica, clearly showed a nocturnal activity rhythm under laboratory conditions. Light-dark cycle was a determinant factor affecting their photonegative behavior, nocturnal locomotor activity, and feeding behavior. Under natural light conditions, glass eels remained in shelters with little daytime feeding, but came out to forage during darkness. They moved and foraged actively in the following dark, and then their activity gradually declined possibly because of food satiation. They finally buried in the sand or stayed in tubes immediately after the lights came on. Under constant light, glass eels often came out of the shelters to forage in the lights but spent little time moving outside the shelters (e.g. swimming or crawling on the sand). Glass eels took shelter to avoid light and preferred tubes to sand for shelter possibly because tubes were much easier for them to take refuge in than sand. Feeding and locomotor activities of the glass eels were nocturnal and well synchronized. They appeared to depend on olfaction rather than vision to detect and capture prey in darkness. Feeding was the driving force for glass eels to come out of sand under constant light. However, in the dark, some glass eels swam or crept actively on sand even when they were fully fed. The lunar cycles of activity rhythms of glass eels that have been observed in some estuarine areas were not detected under these laboratory conditions.

机器人化月表采样器的研制

首先介绍了月表采样的新特点与存在的困难;根据月表环境、月表样品的特点以及嫦娥三期工程中对月表采样的要求,合理地选择了采样方式,研制出了一台六自由度机器人化月表采样器,并且对采样器的采样原理,机械系统和运动原理做了详细的分析;最后在石灰粉上做了采样实验,验证了多功能的机器人化月表采样器的基本功能与可行性。

月球机器人仿真中一种消除轮地交互误差的方法

利用虚拟现实技术虚拟出月球机器人在月面上的作业环境和作业过程,是提高机器人作业的安全系数和工作效率的一条有效途径。在3D重建得到的虚拟月面环境中,如果采用通常的单纯基于运动学(或者动力学)模型的仿真方法,对机器人的作业和运动进行虚拟,那么机器人与地形交互的过程中容易产生接触偏差。而且,随着仿真时间的推进,这种接触偏差会逐渐积累并不断增大,进而严重影响仿真测试的精度和效果。为了消除月球机器人仿真中的轮地交互误差,在分析误差来源的基础上,提出了基于运动学优化的解决方法。最后利用实际的虚拟现实仿真系统,验证了所提出方法的有效性。

基于摇臂-转向架结构月球车的越障能力判断准则

对轮式移动系统进行越障分析时,常以垂直越障作为评价标准。但是,月球车在凹凸不平的月面上行驶时,垂直越障模型不具有一般性。为此,本文对基于摇臂-转向架结构月球车在任意路面的越障进行了研究。一般情况下,由于任意路面越障模型相对复杂,可以建立的独立平衡方程数目少于未知变量数,因此无法得到越障能力与路面参数的函数关系式。针对上述问题,文中将最大有效牵引力假设引入越障模型中,得到了一种任意路面越障能力的判断准则。通过算例分析,表明了所提方法的有效性。

面向月面探测作业的双目立体视觉测量及三维环境生成技术研究

星球漫游车技术是一项跨学科的综合性技术，它反映了一个国家整体科技水平和高技术产业的发展水平，对漫游车进行研究具有长远的战略意义。漫游车一般都工作在特殊的环境中，综合考虑功耗和有效载荷等问题，可以发现，非视觉传感器与视觉传感器相比在环境感知能力和综合性能方面都不甚理想，因此，基于视觉传感器的立体视觉定位也一直是各类漫游车用以感知环境所首选的技术。基于立体视觉可以构建相应的地面人机交互系统。该交互系统具有实现离线示教功能，通过虚拟现实和立体视觉技术实现虚拟漫游车在虚拟地形中行走，虚拟机械臂对虚拟物体进行研磨等功能。操作人员在虚拟环境中对月球车的各种运动进行验证以后，再将数据上传给真实的漫游车以实现真实的漫游和考察工作。因此，立体视觉系统性能的好坏将直接影响到漫游车的后续工作情况，它是漫游车自主导航和进行科学考察的基础，直接关系到漫游车的安全，是一项关键的技术。 本文的研究依托于中国科学院知识创新工程方向性项目“月球车月面探测作业支撑技术研究”，旨在探索立体视觉系统的实现及其与车载机械臂配合工作的问题。从理论和实践两个方面，对其中的若干关键技术，如双摄像机标定、对极几何恢复、图像校正、图像匹配、三维重建和车载机械臂视觉定位等进行了研究。主要研究成果如下： 1．提出一种基于坐标排序的标定特征点存储算法，使得两幅图像中的标定特征点能够快速准确的对应存储。基于径向一致约束（RAC）模型优化方法与直接光学法的优点，提出一种改进的光心确定方法，实验表明该方法有效地提高了Tsai两步法的标定与测量精度。以上两种方法为实现双摄像机的高精度标定奠定了基础。 2．在双摄像机的标定阶段，提出一种新的以三维重投影误差为优化目标的双摄像机两步标定算法，实验证明该方法的标定与测量精度要高于传统的基于二维重投影误差的方法。提出一种考虑多个畸变系数基于三维重投影误差的两步标定算法，实验证明该方法比只考虑一个畸变系数的Tsai两步法能够获得更高的标定与测量精度。研究了基于遗传算法和粒子群算法的双摄像机内、外参数的整体优化问题，实验证明可以获得比传统梯度下降法更高的标定与测量精度。以上改进方法可以使标定精度达到工程要求，并为后续的图像校正和三维测量奠定基础。 3．从简单背景和复杂背景两种情况对对极几何的离线恢复问题进行了研究。对于对极几何的离线恢复问题，提出了基于正确匹配标定特征点进行基础矩阵高精度估计的算法。该算法的特点是与标定共用同一组数据，其有效性得到了实验的验证。对于对极几何的在线恢复问题，基于摄像机成像几何原理证明了图像坐标系下存在的一种左右图像坐标间的约束关系，并设计了相应的稀疏匹配算法，采用两阶段鲁棒稀疏匹配算法对基础矩阵进行了高精度的估计，实现了对极几何的在线恢复。与传统方法相比，本文的方法速度更快，精度更高。 4．研究了标定与非标定图像的极线校正算法，利用上述改进方法求得的高精度的投影矩阵和基础矩阵，获得了令人满意的校正效果，为稠密匹配奠定了坚实的基础。研究并实现了四种稠密匹配算法，并进行了算法性能的比较。针对稠密匹配后的初始候选匹配点对，研究了三种误匹配的剔除方法。实验结果表明这些方法能够有效剔除误匹配点对，提高三维重建的效果。 5．研究了基于最小二乘法和立体成像几何法的三维重建算法，研究了一种集成上述多种改进算法的欧式三维重建算法。研究开发了三维重建软件，基于真实图像进行了欧式三维重建实验研究，取得了良好的重建效果。 6．以月球车为应用对象，研究了虚拟机械臂和车载机械臂的平面定位机理，构建了基于立体视觉的虚拟机械臂定位仿真平台。基于虚拟环境下验证好的数据，进行了月球车车载机械臂平面定位的实验，结果证明车载机械臂具有良好的视觉定位精度。

六轮摇臂式月球车环境交互动力学建模研究

目前，移动机器人被广泛应用于危险的非结构环境中，在诸如行星探测、灾难搜救、军事侦察、矿山开采等作业中， 机器人将起着越来越重要的作用。机器人在非结构环境中的运动能力和环境适应能力决定了机器人的作业性能。具备稳定性、机动性、越障能力、通过能力与可靠性的移动机器人将具有更好的环境适应能力，进而更好地完成作业任务。 本文针对中国科学院知识创新工程方向性项目“月球车月面探测作业支撑技术研究” 的实际需求， 在对国内外的同类研究深入分析综合的基础上， 对月球车移动系统与环境交互动力学的几个关键问题进行了研究与探讨。(1)研究月球车的运动稳定性和机动性问题。基于车体固定坐标系和地面固定坐标系， 分别建立了四轮转向的六轮摇臂转向架式月球车的转向动力学模型， 证明在两种坐标系下的模型转向动力学方程的一致性；分析了月球车运动的稳态特性和瞬态特性，采用机动性因子来定量地描述月球车运动的稳定性和机动性及其相互关系， 并用机动性因子来设计月球车的稳定性和机动性。(2)研究如何保持理想运动姿态的问题。建立了保持月球车运动姿态的理想模型， 模拟人驾驶汽车的过程建立月球车跟踪规划路径行驶的视觉预瞄模型，设计了保持月球车理想姿态行驶的模型参考自适应控制方案。(3)研究月球车的运动在环境扰动的干扰下会偏离规划路径的问题。利用Laplace 变换考察月球车运动动力学系统对几种典型的环境干扰力形式 的响应，研究环境干扰力对月球车运动的影响。(4)根据车辆地面力学的理论，设计月球车车轮的结构参数，使其充分利 用土壤推力，考虑纵列式月球车多轮通过土壤参数的修正，在NASA 建议的五种土壤上对月球车的支承通过性指标进行了计算； 研究刚性驱动轮在松软路面上行驶车轮滑转率和车轮结构参数对车轮挂钩牵引力、驱动力矩、车轮驱动效率等车轮驱动动力学特性的影响。(5)针对月球车在松软路面上不能正常行驶的主要原因是车轮过度下陷这个问题， 结合月球车行驶动力学模型， 设计以车轮滑转率为状态变量的滑模驱动控制器。仿真结果表明， 采用该控制器可以避免车轮的过度 滑转下陷，保证月球车能够在软质路面上正常行驶。(6)评价六轮摇臂转向架式月球车的越障能力，给出了车轮牵引系数与垂直越障高度的定量函数关系式； 针对月球车越障能力的评价以及越障时各车轮驱动力矩的协调分配的问题， 建立一种基于运动轨迹角的月球车越障能力判断准则， 引入了越障指数，用于定量地评价月球车的越障能力。(7)利用闭链坐标变换和瞬时重合坐标法，结合Kane 方程，同时考虑三维不平地形、松软路面和车轮的滑移，建立了六轮摇臂转向架式月球车的三维姿态动力学模型。

被动柔顺式月面巡视探测器轮-地交互及运动控制研究

月面巡视探测器（简称月球车）是一类在月面环境下执行巡视探测、科学考察及样品采样等任务的空间机器人，是我国月球探测二期工程中执行月面探测任务的关键载体。月球车行走能力事关我国探月二期工程的成败，开展在复杂地形下移动能力和地形通过能力的研究，是目前移动机器人研究中的前沿课题，是月面巡视任务的关键技术之一。本论文的选题具有重要的理论意义和应用价值。 月面环境的特殊性使月球车进行长距离、大范围的巡视任务面临一系列问题，包括地形对月球车移动性的影响、移动能力、地形通过能力、地形适应能力、安全性等。本文以月球车保持复杂地形下的高移动能力和地形通过能力为研究目标，以一种典型的被动柔顺式月球车为对象，从月球车与环境地形具有整体不可分离性的角度，将机器人与环境地形看成是相互作用的整体，深入研究了轮-地交互关系、软硬地形上的轮-地接触模型、环境地形给月球车带来的影响、软硬地形上的月球车建模、参数估计及运动控制等问题。根据对月球车移动性能影响程度之不同，本文从硬质地形与松软地形两个方面来考察环境地形的物理属性和轮-地交互关系。在硬质地形上，主要考虑地形平坦与不平坦对机器人移动的影响及其控制，六个驱动轮的速度协调控制，车轮打滑（前滑、侧滑、转向滑移）对机器人的建模、分析及控制的影响。在松软地形上，主要考虑轮-地接触关系，土壤特性对移动的影响及其控制。在大量阅读国内外文献并归纳总结的基础上，重点开展了如下几方面的研究： （1）在硬质不平坦地形下，引入轮-地几何接触角概念以反映地形不平坦时轮-地接触点在轮缘上位置的变化，去掉了通常采用的车轮纯滚动假设，考虑车轮滑移（包括侧滑、侧滑以及转向滑移），并结合月球车被动柔顺式移动机构的特点，提出了一种基于速度闭链的运动学建模方法，进行了基于整车模型的月球车速度协调控制研究。该运动学建模方法基于轮心处的速度投影建立整体运动学模型，物理概念清晰、便于实时运动学正反解计算。 （2）针对运动学模型中轮-地几何接触角难以直接测量的问题，提出了两种在线估计方法：误差计算法和卡尔曼滤波估计法。这两种方法均基于月球车整体运动学模型，只需要车轮内部传感器的测量信息，就能在线估计轮-地几何接触角。 （3）由于车轮滑移的影响，采用航位推算方法进行月球车状态估计以及里程计计算存在较大误差。本文提出了基于整体运动学模型的车体运动状态估计方法，并在月球车样机上对车体速度估计、航向角估计、里程计实时计算等方法进行了大量实验研究，验证了算法的有效性。 （4）针对松软地形上刚性轮与地形的交互建模问题，提出了一种基于Guass-Legendre数值积分和Newton-Raphson数值解法的地形参数实时估计方法。以月壤参数的变化范围为参考空间，通过数值仿真将不同地形参数对轮-地接触力的影响进行比较，进而选取对轮-地接触力有较大影响的地形参数进行在线估计，仿真和实验结果均表明估计算法是有效的。 （5）松软地形上常规的速度控制效果差，本文开展了月球车准静力学建模及牵引力控制算法研究，提出了两种牵引力控制算法。对月球车准静力学模型进行简化，提出了一种基于目标优化、考虑车体姿态变化的牵引力控制算法。利用上一章在线估计出的地形参数，对车轮滑移率进行最优估计，提出了一种基于最优滑移率的牵引力控制算法，并进行了仿真验证。

机器人化月表采样器的研究

月球是离地球最近的行星，了解开发月球是人类认识太空的第一步。月壤是月球的重要组成部分，也是人类认识月球的基本切入点，现在许多国家都在开展无人探月活动，因此设计一种无人操作的能够适应月表环境的机器人化月表采样器将是我们认识月球地质状况的关键。应用于月表探测的机器人化月表采样器在作业时往往面对极为复杂的苛刻的月表环境。传统的采样器受其自身的机械结构限制，一般不能够适应这么苛刻的月表环境，或者是不能达到预定的采样目标。具有多种采样形式的月表采样器的出现，解决了这一问题。国外自50年代开始研究机器人化行星采样器，并且已经研制出了许多样机。目前已有的行星采样器存在着只具有单种采样形式，或者受着陆舱体积的限制不能够进行深层采样等不足，因此都不能满足探月活动中要求越来越高的月表样品采集活动。本文叙述了行星采样器的研究和发展现状，并设计了一种用于月表探测时进行月壤采集的多功能机器人化月表采样器。该采样器具有三种针对不同月表样品的采样形式：夹取、铲取和钻取，根据采样的对象的不同能够自动改变采样方式，整个机械系统由仿生蚌式铲和转塔式钻机两大部分组成，仿生蚌式铲具有多种采样形式，转塔式钻机解决了空间受限的情况下采集深层样品的问题，整个系统具有六个运动副。机器人化月表采样器采用了基于CAN总线的集中式控制系统。本文在详细介绍机器人化月表采样器机械系统设计的基础上，对机器人化月表采样器对月壤的采样过程进行了数学建模，以便于将来对采样器的可靠性进行改进，并且减少设计费用和提高了终端产品的性能。通过采样实验验证了机器人化月表采样器机械结构确实满足预期采样目的。最后，本文对机器人化月表采样器的发展和后续研究工作进行了展望。

基于滑转率的六轮纵列式月球车驱动控制研究

基于车轮滑转率和车轮地面力学,研究了月球车在松软月面行驶时的车轮过度下陷问题.将月球车车轮下陷和车轮—土壤作用力表达为车轮滑转率的函数,结合车辆地面力学理论并考虑纵列式车轮多通过性土壤参数的修正,建立了月球车的动力学模型.判断车轮是否发生过度下陷的标准为土壤所提供给驱动轮的土壤推力能否克服土壤对车轮的阻力.利用建立的动力学模型,计算出能够保证车轮不会过度下陷的期望滑转率.考虑到月球车动力学系统的非线性和不确定性,设计了以车轮滑转率为状态变量的滑模驱动控制器.仿真结果表明,采用该控制器可以较快地跟踪期望滑转率,避免车轮的过度滑转下陷,保证月球车能够在软质路面上正常行驶.

力扰动对月球车运动影响的解析模型

研究结果表明,环境扰动对月球车运动的影响取决于月球车自身的结构参数及动力学特性。为合理地设计月球车的结构参数及动力学特性、规划和控制月球车的运动提供参考依据。

滑转率对月球车车轮驱动力学特性的影响分析

应用车辆地面力学理论研究滑转率对月球车车轮挂钩牵引力、驱动效率以及功率消耗的影响。建立刚性车轮与松软月壤交互作用的动力学模型。通过实例对月球车车轮驱动动力学特性进行仿真分析。研究结果表明,车轮的挂钩牵引力、驱动效率以及驱动能耗均受到车轮滑转率的制约。存在一个最优的滑转率区间,在此区间内车轮可获得较大的挂钩牵引力、较高的驱动效率以及较低的驱动能耗。求取轮、地相对速度,对月球车车轮的地面摩擦力功率进行了估算。

太阳耀斑和日食期间电离层行为的统计和模拟研究

The ionosphere is the ionized component of the Earth's upper atmosphere. Solar EUV radiation is the source of ionospheric ionization. Thus the ionosphere is affected strongly by the variations in solar radiation. Solar flares and solar eclipses can induce remarkable short time changes in solar radiation: the solar radiation would increase suddenly during solar flares and decrease significantly during solar eclipses. Solar flare and eclipse events not only affect directly the photochemical processes, but also affect the dynamic processes, and even affect the neutral atmosphere, which is strongly coupled with the ionosphere. The study on the ionospheric response to solar flares and eclipses can advance our knowledge on the ionosphere and its photochemical and dynamic processes and help us to evaluate the ionospheric parameters (such as ion loss coefficients). In addition, the study on the ionospheric responses to solar flares and eclipses is an important part of the ionospheric space weather, which can provide guides for space weather monitoring. This thesis devotes to the study on the ionospheric responses to solar flares and solar eclipses. I have developed two models to simulate the variations of solar EUV radiation during solar flares and solar eclipses, and involved in developing a 2D mid- and low-latitude ionospheric model. On the basis of some observed data and the ionospheric model, I study the temporal and spatial variations of the ionosphere during solar flares and eclipses, and investigate the influences of solar activity, solar zenith angle, neutral gas density, and magnetic dip angle on the ionospheric responses to solar flares and solar eclipses. The main points of my works and results are summarized as follows. 1. The ionospheric response to the X17.2 solar flare on October 28, 2003 was modeled via using a one-dimension theoretical ionospheric model. The simulated variation of TEC is in accordance with the observations, though there are some differences in the amplitude of the variation. Then I carried out a series of simulations to explore the local time and seasonal dependences of the ionospheric responses to solar flares. These calculations show that the ionospheric responses are largely related with the solar zenith angle (SZA). During the daytime (small SZA), most of the increases in electron density occur at altitudes below 300 km with a peak at around 115 km; whereas around sunrise and sunset (SZA>90°), the strongest ionospheric responses occur at much higher altitudes. The TEC increases slower at sunrise than at sunset, which is caused by the difference in the evolution of SZA at sunrise and sunset: SZA decreases with time at sunrise and increase with time at sunset. The ionospheric response is largest in summer and smallest in winter, which is also related to the seasonal difference of SZA. 2. Based on the observations from the ionosondes in Europe and the ionospheric model, I investigated the differences of the ionosphere responses to solar eclipses between the E-layer and F1-layer. Both the observation and simulation show that the decrease in foF1 due to the solar eclipses is larger than that in foE. This effect is due to that the F1 region locates at the transition height between the atomic ion layer and the molecular ion layer. With the revised model of solar radiation during solar flares, our model calculates the radiations from both the inside and outside of photosphere. Large discrepancy can be found between the observations and the calculations with an unrevised model, while the calculations with the revised model consist with the observations. 3. I also explore the effects of the F2-layer height, local time, solar cycle, and magnetic dip angle on the ionospheric responses to solar eclipses via using an ionospheric model and study on the solar zenith angle and the dip dependences by analyzing the data derived from 23 ionosonde stations during seven eclipse events. Both the measured and simulated results show that these factors have significant effect on the ionospheric response. The larger F2-layer height causes the smaller decrease in foF2, which is because that the electron density response decreases with height. The larger dip results in the smaller eclipse effect on the F2 layer, because the larger dip would cause the more diffusion from the top ionosphere which can make up for the plasma loss. The foF2 response is largest at midday and decreases with the increasing SZA. The foF2 response is larger at high solar activity than at low solar activity. The simulated results show that the local time and solar activity discrepancy of the eclipse effect mainly attribute to the difference of the background neutral gas density. 4. I carried out a statistical study on the latitudinal dependence of the ionospheric response to solar eclipses and modeled this latitudinal dependence by the ionospheric model. Both the observations and simulations show that the foF2 and TEC responses have the same latitudinal dependence: the eclipse effects on foF2 and TEC are smaller at low latitudes than at middle latitudes; at the middle latitudes (>40°), the eclipse effect decreases with increasing latitude. In addition, the simulated results show the change in electron temperature at the heights of above 300 km of low latitudes is much smaller than that at the same heights of middle latitudes. This is due to the smaller decrease in photoelectron production rate at its conjugate low heights. 5. By analyzing the observed data during the October 3, 2005 solar eclipse, I find some significant disturbances in the conjugate region of the eclipse region, including a decrease in Te, an increase in foF2 and TEC, and an uprising in hmF2. I also simulated the ionosphere behavior during this eclipse using a mid-low latitude ionospheric model. The simulations reproduce the measured ionospheric disturbances mentioned above in the conjugated hemisphere. The simulations show that the great loss of arriving photoelectron heat from the eclipse region is the principal driving source for the disturbances in the conjugate hemisphere.

月球水冰探测进展

月球上是否存在水冰是第二次月球探测热潮中的热点问题。1994 年克莱门汀号(Clementine)环月探测器搭载的频率为2. 273 GHz 双基地雷达探测到月球南极一些地区出现同向极化增加等独特的回波特征,这些地区正好处于极地永久阴影区,表明这些地区可能存在水冰。Arecibo 天文台频率为2. 38 GHz 的地基雷达对月球极地进行制图,也得到类似结论。1998 年月球勘探者号(Lunar Prospec2tor) 环月探测器搭载的中子探测仪在月球极地永久阴影区探测到高含量的氢信号大多认为是水冰引起的。但雷达探测和中子探测结果均存在多解性。月球表面粗糙度同样可以引起雷达回波呈现出类似水冰的异常特征,而中子探测仪测量到的仅仅是氢信号而非水,而且月球勘探者号撞击月表之后并没有探测到任何的水蒸气信号。月球极地水冰存在与否、存在形式和存在数量等科学问题的回答需要对月球极地特别是永久阴影区作进一步探索。

月表热参数模型与月壤厚度的被动微波遥感理论分析

利用被动微波遥感亮度温度数据反演月壤厚度是“嫦娥”探月工程的科学目标之一，也是人类探测月壤厚度的一种新的尝试。深入研究月表太阳辐射、月球内部热流以及月表温度的分布和变化规律，是解译遥感数据，反演月壤厚度的前提条件，也为进一步开展月球探测、开发利用月球资源乃至建立月球基地相关研究工作提供必要的参考。 本文根据月表有效太阳辐照度与太阳常数、日月距离和太阳辐射入射角的关系，建立了月表有效太阳辐照度的实时模型如下： (1) 其中， (2) (3) 通过对月表有效太阳辐照度实时模型的各个参数分析发现，影响月表有效太阳辐照度变化的主要因素是日地距离和太阳辐射入射角的变化。对模型的误差分析表明，从1950年到2050年的100年内，月表有效太阳辐照度计算结果的误差百分比小于0.28％，能更准确地反映月表有效太阳辐照度的变化情况。从2007年月表有效太阳辐照度的计算结果发现，该年内的月表有效太阳辐照度变化在1321.5～1416.6 W•m-2之间，平均为1368.0 W•m-2，一个月内的变化最小幅度为6.0 W•m-2，最大幅度为23.6 W•m-2。 在月表有效太阳辐照度的实时模型基础上，根据能量守恒和Stefan-Boltzmann定律，本文还得出了月表温度分布模型如下： (4) 其中，初始条件由下式决定， (5) 通过与月表温度实际观测结果的比较发现，当月表反射率、热发射率和热惯量分别取0.127、0.94和125 J•m-2•s-1/2•K-1时，模型的计算结果与实际观测值比较符合，能较好地预测理想条件下的月表温度。 月表热参数研究的一个重要应用就是解译对月被动微波遥感的亮度温度数据。在对月被动微波遥感探测中，辐射计获得的亮度温度反映了月球表层的热辐射特性。月球表层的热辐射与其自身的热状况紧密相关，结合文中建立的月表热参数模型，根据辐射传播理论进一步分析了对月微波遥感探测中，月球表层在不同情况下对亮度温度的贡献，确定了亮度温度随月表温度和月壤厚度的变化关系，对被动微波遥感探测月壤厚度的可能性和可能达到的精度进行了估算。 对月球表层的热辐射传播的分析发现，对月被动微波遥感探测获得的亮度温度受月球表层热辐射的控制，与月壤厚度具有指数相关性，并受到月表温度的影响。当月壤和月岩的复介电常数分别为2 + 0.005 j和9 + 1 j、相对磁导率均为1时，对应3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz和37.0GHz四个频率的亮度温度与月壤厚度及月表温度的关系可分别近似表示为， 3.0GHz亮度温度： (6) 7.8GHz亮度温度： (7) 19.35GHz亮度温度： (8) 37.0GHz亮度温度： (9) 当月壤厚度和月表温度分别在0.5m~30m和100K~400K之间变化时，上述四个频率的亮度温度变化范围分别在212.5K～252.8K、207.4 K～266.7K、193.8 K～288.6K和174.0 K～310.9K之间。对于较低频率的被动微波遥感，亮度温度随月壤厚度的增大逐渐增大并趋于稳定；对较高频率的被动微波遥感，亮度温度随月壤厚度的增大会产生起伏波动，不利于用单波段反演月壤厚度。亮度温度梯度在频率较高时梯度较大，在很小的月壤厚度范围内很快就趋于0，不利于厚度较大时的月壤厚度反演，但对于厚度较小时的月壤厚度反演精度较高；同时，除3.0GHz外，7.8GHz、19.35GHz和37.0GHz三个频率的亮度温度梯度随月表温度的升高降幅较大，尤其是19.35GHz，适合在夜间对月壤厚度较小的地区进行更精确的探测。对于3.0GHz，其亮度温度梯度受月表温度变化的影响很小，能反映出较深层月壤厚度的信息，可以对月球进行全球全天时探测。若辐射计的分辨率为0.02K，3.0GHz频率对10m厚月壤的判别精度达到0.07m；对于20m厚月壤的精度为1.4m。当月壤厚度小于0.5m时，随着月壤厚度从0到0.5m增加，月球表层的亮度温度贡献呈先减小后增大的趋势，从而使某一亮度温度值可能对应存在两种不同的月壤厚度。因此，对于月壤厚度小于0.5m的区域，利用单波段被动微波遥感亮度温度反演月壤厚度是比较困难的。 在对月被动微波遥感探测中，可以利用月球夜晚时段的亮度温度数据判别月壤厚度是否小于0.5m。当月表温度为100K时，3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz和37.0GHz四个频率的亮度温度判别参考值分别为212.9K、207.4K、193.5K和174.1K；月表温度为240K时，上述四个频率的亮度温度判别参考值分别为220.8K、226.8K、234.1K和237.2K。当亮度温度小于参考值时表示月壤厚度小于0.5m，反之，表示月壤厚度大于0.5m。更进一步地，可以根据月表温度的影响系数对月岩是否裸露于月表进行判断。当3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz和37.0GHz四个频率的月表温度影响系数接近0.77、0.82、0.84和0.85时，可以认为月岩直接暴露于月表。