基于嫦娥一号干涉成像光谱数据的月表成分反演及地质意义分析

月球的成分探测是世界各国月球探测活动的重要科学主题。其中FeO和铁镁质矿物由于他们重要的地质意义而又可以被遥感探测，一直倍受关注。他们的含量和分布是月球科学研究的基本资料。嫦娥一号携带的干涉成像光谱仪(IIM)具有获取他们的潜力。研究适合IIM数据的月表成分反演方法，利用我们自己的探月数据生成月表FeO和铁镁质矿物图，对于研究月球的岩浆演化、推动我国探月数据的应用以及应对当前国际月球探测的激烈竞争都有重要意义。.本课题研究IIM反射光谱重建方法，获得可靠的反射率产品。面对IIM波长短、月球样品少的难点，利用样品和遥感数据分析月壤连续光谱曲线特征，发挥IIM波段连续的优点建立各种光谱指标识别铁镁质矿物；集成利用样品、放射性遥感和陨石等多源数据联合反演FeO，绘制月表FeO和铁镁质矿物图并对该成果开展探索性应用，为用户使用IIM数据提供方便，为我国后续深空探测数据处理和应用培养人才并积累经验。

本世纪人类掀起了新的月球探测热潮，具有重大政治、经济、军事和科学意义的月球探测国际竞争十分激烈。极有必要深入分析利用我国探月数据，充分挖掘它们的科学价值，培养月球数据分析和科学研究人才。嫦娥一号携带的干涉成像光谱仪（IIM）是国际上首次用于深空探测的干涉型成像光谱仪，用于获取月球表面的物质成分。不同于传统的色散型或滤光片型光谱仪，IIM直接获取的是干涉条纹，需经傅里叶变换方可得到光谱曲线，其定标和预处理存在诸多难度。本项目与仪器研制单位—中科院西安光机所联合申请，开展IIM数据的处理与应用研究，获得高质量的反射率产品，反演月球物质成分，解析其地质意义。.根据研究目标意义，课题开展了包括IIM数据预处理、光度校正、物质成分反演以及地质分析等系统性研究。首先分析了IIM仪器特点及其信息模型，开展了包括高信噪比光谱复原（如低频噪声抑制、相位修正、切趾等）和反射率高精度反演等研究。针对短波段数据信噪比低的问题，研究了等波长分辨率的复原方法提高信噪比。结果表明，采用等波长分辨率复原，短波信噪比提高很多，接近中间波长的信噪比。.月球反射率除了受物质成分影响外，还与光照几何密切有关。例如，同一轨数据高纬度地区的亮度比赤道地区的亮度大很多。将不同时期、不同光照几何获取的数据校正到统一的几何角度对于后期应用非常重要。开展了IIM数据光度校正工作，提出了内、外因分离的光度校正方法，获得了色调均一、不同期同名点光谱一致的标准观测几何（入射角30度、观测角0度）反射率产品。.采用光谱角旋转法获得了月球的FeO和TiO2，证实了过去高分辨率仅有的美国Clementine数据获得的FeO和TiO2结果。利用偏最小二乘法获得了全月高分辨率六大常量元素（Si, Al, Fe, Ca, Ti, Mg）和Mg#分布图，弥补了过去只有低分辨率的放射性遥感才可获得六大常量元素。获得了全月以及各种地质体常量元素的均值和中值，揭示了月球正面斜长岩高地与背面斜长岩高地存在成分不同。本课题成果对月球的元素组成及其分布有了进一步认识。.本项目通过4年的执行，发表学术论文9篇，其中SCI 收录论文6篇(1篇待刊)，EI收录论文2篇，授权专利两项，参加国际学术会议4人5次，一人获得优秀青年基金。完成了预期目标。