Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2023, № 4 · RADIO WAVE PROPAGATION

About calculation of lunar ground radio brightness temperature

O.V. Yushkova1

1 Fryazino Branch of Kotelnikov IRE RAS, Friazino, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2023.4.5 UDC 523.34-83 EDN UDQNPP

Abstract

Microwave radiometers have proven to be useful tools for studying the thermal regime of the atmosphere and the Earth's surface. Similar devices were recommended for inclusion in the composition of scientific radio equipment designed to study other bodies of the solar system, in particular the moon. The degree of understanding of the physical foundations of the experiments and the accuracy of their theoretical description is the coincidence of the results of measurements and numerical simulation of radio brightness temperature. The paper discusses the mechanism for calculating this value, deriving a recurrent formula convenient for calculating the radio brightness temperature from the Moon's soil. The algorithm is built for flat-layered soil. The depth distribution profile of physical temperature and complex permittivity for this problem are a priori information.

  • microwave radiometry
  • radio brightness temperature
  • dielectric permittivity
  • soil
  • moon
Аннотация (на русском)

О расчете радиояркостной температуры грунта Луны

СВЧ радиометры оказались полезными инструментами в изучении теплового режима атмосферы и подстилающей поверхности Земли, поэтому были рекомендованы для включения в состав научной радиоаппаратуры предназначенной для исследования других тел Солнечной системы, в частности Луны. Степенью понимания физических основ процесса исследования и адекватности его теоретического описания может служить совпадение результатов измерений и численного моделирования радиояркостной температуры. В работе обсуждается механизм расчета этой величины, выведена рекуррентная формула удобная для расчета радиояркостной температуры от верхнего покрова Луны. Предполагается, что грунт является плоскослоистым; распределения по глубине физической температуры и комплексной диэлектрической проницаемости для данной задачи известны из априорной информации.

For citation

Yushkova O.V. About calculation of lunar ground radio brightness temperature // Journal of Radio Electronics. – 2023. – No. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.4.5

References

  1. Шутко А.М. СВЧ радиометрия водной поверхности и почвогрунтов. Москва, Наука. 1986. 190 с.
  2. Кондратьев К.Я., Шульгина Е.М. Определение некоторых характеристик почвы по данным измерений ее микроволнового излучения. ДАН СССР. 1971. Т.200. №1. С.88-90.
  3. Кондратьев К.Я., Тимофеев Ю.М., Шульгина Е.М. О возможности определения характеристик поверхностного слоя почвы по ее тепловому радиоизлучению. ДАН СССР. 1970. Т.194. №6. С.1313-1315.
  4. Гайкович К.П., Резник А.Н., Троицкий Р.В. Радиометрический метод определения подповерхностного профиля температуры и глубины промерзания грунта. Известия вузов. Радиофизика. 1989. Т.32. №12. C.1467-1474. https://radiophysics.unn.ru/sites/default/files/papers/1989_12_1467.pdf
  5. Троицкий В.С., Тихонова Т.В. Тепловое излучение Луны и физические свойства ее верхнего покрова. Известия вузов. Радиофизика. 1970. Т.XIII. №9. С.1274-1311.
  6. Ulaby F.T., Moore R.K., Fung A.K. Microwave Remote Sensing: Active and Passive. New York, Addison-Wesley Publishing Company. 1982. 456 p.
  7. Wigneron J.P., Kerr Y.H., Waldteufel P., et al. L-band Microwave Emission of the Biosphere (L-MEB) Model: Description and calibration against experimental data sets over crop fields. Remote Sensing of Environment. 2007. V.107. №4. P.639-655. https://doi.org/10.1016/j.rse.2006.10.014
  8. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. Москва, Наука. 1973. 343 с.
  9. Минчин С.Н., Улубеков А.Т. Земля-Космос-Луна. Москва, Машиностроение. 1972. 244 с.
  10. Шевченко В.В. Луна. Москва, Советская энциклопедия. 1990. Т.2. С.613-615.
  11. Keihm S.J., Langseth M.G. Lunar microwave brightness temperature observations reevaluated in the light of Apollo program findings. Icarus. 1975. №24. P.211-230. https://doi.org/10.1016/0019-1035(75)90100-1
  12. Muhleman D.O. Microwave emissions from the Moon. In Thermal Characteristics of the Moon. ed. Lucas J.W. Cambridge, MIT Press. 1972. V.28. P.51-81.
  13. Montopoli M., Di Carlofelice А., et al. Remote sensing of the Moon's subsurface with multifrequency microwave radiometers: A numerical study. Radio Science. 2011. №46. P.3350-3359. https://doi.org/10.1029/2009RS004311
  14. Fa W., Jin Y. Simulation of brightness temperature from lunar surface and inversion of regolith-layer thickness. Journal Geophysical research. 2007. V.112. E05003. https://doi.org/10.1029/2006JE002751
  15. Юшкова О.В., Кибардина И.Н., Дымова Т.Н. Электрофизическая модель лунного грунта. Астрономический вестник. 2020. Т.54. №6. C.520-528. https://doi.org/10.31857/S0320930X20060067