绪论
1.1月球科学研究的重要性
月球科学研究是国家科技发展的必然结果，也是国家战略的重大需求。我国分别于2007年和2010年成功发射了 “婦娥一号”和“婿娥二号”探月卫星，实现了绕月探测的预定目标，研制了具有0主知识产权的月球地形模型CLTM-物理学论文sOl和重力场模型 CEGM-01、CEGM02 (Yan et al., 2009, 2011;鄙建国等，2010)，积累了丰富的科学知识和技术经验，为下一阶段发射月球着陆器和未来载人登月打下了坚实的基础，因此，开展月球科学研究具有重要意义。月球是地球目前唯一的天然卫星，自其形成以来，没有发生过显著的火山运动和板块构造运动，保留了早期形成时的地质特征和月球大学物理学论文物理过程，这为研究地-月系的形成和演化提供了 &好的条件，因此，月球堪称研究太阳系形成的活化石（欧阳自远，2005; Jofflif, 2006)。月球表面环境为超高真空、无磁场、地质构造稳定、弱重力（月球表面重力加速度相当于地球的1/6)、高洁净等特殊特征。由于没有大气热传导的影响，月球表而昼夜温差约573.15K;由于月表的超高真空状态，月表不存在大气吸收、反射与散射等现象；月震强度比较微弱，仅为地震强度的十亿分之一，最大的月震震级只相当于地震里氏一至三级；另外，月球没有全球性的磁场，仅月岩中存在微弱的剩磁（Wieczorek et al. , 2012)。由于月球具有上述特点，月球在众多科学研究领域具有独特的优势，这使得月球可以作为科研基地幵展对空间科学、天文学、地球科学、生命科学与材料科学等方面的研究。就空间探索而言，从月球表面上发射火星探测器或其它行星探测器比地球上物理学论文开题报告容易得多（Carlson，2003; Frisbee, 2003; Head et al., 2003 )。
由于受力环境简华，测控更加方便，因此，月球可作为未来深空探测基地，不仅是一个天然的发射平台，还是一个理想的深空探测中转站。由于月球构造特征稳定、自转与公转同步，在月面上可以持续进行半个月的夜问观测。就天文观测而言，月球的优势还包括：月面的高曲率和高稳定有助于实现VLBI的观测测量（Mummaet al.，1990; Potter et al., 1990; Goddard Space Flight Center, 1999; Van Susante,2002)；高真空、黑暗的太空背景和低温环境，有利于观测仪器探测更长的波段；物理学硕士论文月球超真空环境为天文观测提供了完美的超紫外和X射线观测窗口；月球的低转速率可以长时间进行高灵敏度的观测，并且可以监测多光谱的连续变化；月球还是理想的对地监测站，在月而建立观察网可以对地球的地质构造及环境变化进行监测和研究。例如，月而观察网可以用于对地球构成威胁的近地空间或深空小行星进行监测（Foing，1996)。对月球物理、化学和地质科学的研究有助于对月球内部结构、起源和演化、地-月系统的形成有更好的认识和理解，同时月球表面保存的太阳风和星际物质等独特纪录，对研究整个太阳系的起源及演化提供了宝贵的材料。
1.2月球重力场模型研究进展
自1959年前苏联发射第一颗绕月卫星以来，高精度、高阶次月球重力场模型一宵是探月活动的重点。Akim (1966)利用Luna 10探月卫星的219个探测数据建立了首个月球重力场模型，首次发现了月球重力场的非对称性(Floberghargen, 2002),并证明了月球重力场的扁率比流体静力学平衡条件下的预测值大（Konopliv et al., 1998)。Lorell 和 Sjogren (1968)利用 5 个 Lunar Orb iters的轨道跟踪数据建立了 8x4的重力场模型。Michael和Blackshear ( 1972)在此之后利用同样的数据源解算了 13x13的球谐重力场模型，相比以往模型，该模型的分辨率在月球南讳20°和北讳30°的范围内有所提高。Bills和Ferrari (1977，1980)利用Apollol5、16号子卫星和5次Lunar Orbiters的探月轨道跟踪数据解算了 16x16的月球重力场模型。由于ApollolS、16号卫星的轨道高度约lOOkm左右，轨道倾角为29°，因此，此次解算的重力场模型不但精度得到了提高，重力场的覆盖范围也得到了拓展。至1993年，由于高性能并行计算机的发展，Konopliv (1993)利用上述模型同样的数据源解算了 60阶次的球谐模型Lun60d,该模型提供了有史以来最高的精度和分辨率。Clementine任务于1994年实施，这期间积累了大量激光测高数据，提供了有史以来最高精度和最高分辨率的激光测高数据。Lemoine (1997)利用Clementine任务期间的卫星轨道跟踪数据和激光测高数据，以及早期Apollol5、16号子卫星的轨道跟踪数据，解算了 70阶次的月球重力场模型GLGM-2，该模型分辨出了月球正面区域的多个小尺度重力异常区。Konopliv (2001)利用Lunar Prospector (LP)和以往探月卫星轨道跟踪数据如 Lunar Orbiters (LO-I, LO-II, LO-III, LO-IV, LO-V)、Apollo (Apollol5、16)、Clementine等，采用多步法解算了高阶次的月球重力场模型LP165P,该模型在近月而的有效阶次为110阶次，远月面为60阶次。不过就全球而言，重力场模型的球谓阶次只能推估到15阶，即全球有效阶次仅为15阶次。
第二章基本理论.............9
2.1局部基函数的重要性 ............11
2.2局部球面函数 ............14
2.3重力/地形的全球导纳函数及相关函数............ 15
第三章月球重力场模型特征分析 ............18
3.1引言 ............21
3.2月球主要重力场模型及其表达............ 23
3.3月球重力场模型的功率谱............ 25
第四章月球重力/地形导纳与相关性分析............ 26
4.1引言............ 28
4.2不同重力场模型的重力/地形全球导纳谱及相关谱............31
4.3不同重力场模型的重力/地形局部导纳谱与局部相关谱............32
结论
本文利用我国自主知识产权的月球重力场模型CEGM02和来自LOLA的激光测高数据，利ffl两者之问的重力/地形导纳关系分析了月球岩石圈的弹性厚度，以期为月球热演化提供约束。本文详细地分析了主要月球重力场模型间的差异及定轨差异、重力/地形导纳模型及月球物理参数的反演、月球六层分层模型的月核半径、不同初始条件下潮汝效应对月球热演化的影响等。取得的主要成果如下：
(1)利用球面函数对主要月球重力场模型进行了局部谱分析，同吋，利用GEODYNII定轨软件仿真分析了不同轨道特征的探月卫星对月球重力场模型的改进，结果表明CEGM02较适合于作月球物理解释，SGM150j较适合于作探月卫星精密定轨。综合以往探月卫星如婦娥一号、婦娥二号、SELENE、LP、Clementine、Lunar Orbiters、GRAIL等探月卫星的轨道跟踪数据，并对这些数据的基准进行统一，采用最优化的数据融合方案和Kaula约束准则，可以进一步解算高精度的月球全球重力场模型。本章的研究为未来月球重力场模型的研制，月球物理参数（月壳厚度、岩石圈弹性厚度）的求定提供了一定程度的参考。
(2)由于月震数据有限，通过重力/地形导纳求解物理参数如载荷比、月壳厚度、月壳密度、岩石_弹性厚度等是目前主要的方式之一。本文首先详细地研究了不同月球重力场模型参与重力/地形导纳和相关性分析的适宜性，结果表明主要月球重力场模型在月球正面均适合于作重力/地形导纳研究，而融合SELENE轨道数据的月球重力场模型较适合于作月球背面的重力/地形导纳分析。然后详细研究了球谐域内重力/地形导纳谱，将岩石圈看成薄弹性球层，将表面地形看成作用于岩石圈的外部载荷，将内部异常密度物质看成作用于岩石圈的内部载荷，利用弹性球屋方程构建了岩石圈的力模型。结果表明使用粒子群PSO算法能够同时反演月球物理参数的最优解，而且计算效率远远地高于传统迭代方法。本文首创的联合重力/地形导纳和粒子群算法同时反演月球物理参数，可以为月球内部精细结构的研究提供有宜的参考。
参考文献
1 宵建峰，黄勇，胡小工，等.USB与VLBI联合确定“婦娥一号”卫星撞击点的位置[J].宇航学报，2010, 31(7) :1724-729.
2 焦述强，金振民.大陆岩石圈有效弹性厚度研究及其动力学意义[J].地质科技情报，1996,15(2) :8-12.
3 纪震，麼惠连，吴青华.粒子群算法及应用[M].北京：科学出版社，2008:249.
4 李斐，鄢建国，平劲松.月球探测及月球重力场的确定[J].地球物理学进展，2006，21(1) :31-37.
5 李斐，柯宝贵，王文睿，鄢建国.利用重力地形导纳估计月壳厚度[J].地球物理学报，2009, 52(8):2001-2007.
6 李斐，鄙建国，平劲松，等.基于大倾用卫星轨进数据的；月球重力场模型仿真解兑[J].地球物理学报，2011, 54(3) :666-672.
7 李丽，牛奔.粒子群优化算法[M].北京：冶金工业出版社，2010:154.
8 陆金市，关治.偏微分方程数值解法[M].北京：清华大学出版社，2004:318.
9 林杨挺.月球形成和演化的关键科学问题[J].地球化学，2010，39(1):1-10.
10 郝卫峰.基于婿娥一号激光测高数据的月球车着陆点选择研究[D].武汉：武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，2012