2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——火星表面的地形測(cè)繪技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.下列哪項(xiàng)不屬于火星表面的主要地貌類型？A.峽谷B.火山C.冰川沉積物D.珊瑚礁2.火星現(xiàn)代大地測(cè)量主要依賴的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是？A.GPSB.GLONASSC.GalileoD.DEmas3.能夠穿透火星大氣，在夜間或光照條件不佳時(shí)進(jìn)行地形測(cè)繪的主動(dòng)遙感方式是？A.可見光攝影測(cè)量B.熱紅外掃描C.雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）D.激光雷達(dá)（LIDAR）4.火星全球高程模型（MarsGlobalElevationMap,MGE）主要利用哪種數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)建？A.航天器雷達(dá)測(cè)高數(shù)據(jù)B.地面激光測(cè)距數(shù)據(jù)C.星載GPS測(cè)高數(shù)據(jù)D.磁力異常數(shù)據(jù)5.火星探測(cè)中，用于精確測(cè)定著陸點(diǎn)地形起伏和周圍障礙物的關(guān)鍵傳感器是？A.高分辨率光學(xué)相機(jī)B.多波段光譜儀C.巡視器搭載的激光測(cè)距儀D.軌道器測(cè)高雷達(dá)6.以下哪項(xiàng)技術(shù)主要利用地球物理場(chǎng)的局部變化來推斷火星地下結(jié)構(gòu)和物質(zhì)分布？A.遙感成像B.重力測(cè)量C.航空攝影測(cè)量D.雷達(dá)穿透7.火星地形測(cè)繪中，通常所說的“高程”指的是相對(duì)于火星哪個(gè)基準(zhǔn)面？A.火星中心B.火星平均海平面（假設(shè)存在）C.火星半徑D.參考橢球面8.與光學(xué)遙感相比，合成孔徑雷達(dá)（SAR）在火星地形測(cè)繪中的主要優(yōu)勢(shì)在于？A.能獲取更高分辨率的紋理信息B.對(duì)光照條件不敏感C.能直接測(cè)量地表溫度D.適合探測(cè)深埋地下結(jié)構(gòu)9.火星“水手谷”（VallesMarineris）是火星上最顯著的特征之一，其形態(tài)特征最適合用哪種方法進(jìn)行精細(xì)測(cè)繪？A.全球軌道測(cè)高B.高分辨率相機(jī)成像C.雷達(dá)干涉測(cè)量D.地面巡視器近距離探測(cè)10.下列關(guān)于火星地形測(cè)繪任務(wù)的表述，哪項(xiàng)是錯(cuò)誤的？A.“火星勘測(cè)軌道飛行器”（MRO）攜帶了高精度的測(cè)高雷達(dá)B.“好奇號(hào)”和“毅力號(hào)”巡視器都配備了激光雷達(dá)系統(tǒng)用于測(cè)高和識(shí)別巖石C.火星地形測(cè)繪主要依賴單一類型的探測(cè)手段D.重力數(shù)據(jù)對(duì)于理解火星殼幔結(jié)構(gòu)和水冰分布至關(guān)重要二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填入橫線處）1.火星自轉(zhuǎn)軸傾角約為_______度，導(dǎo)致火星表面存在明顯的_______和_______現(xiàn)象。2.火星目前已知最高的火山是_______山，位于_______火山平原。3.利用兩幅在不同時(shí)間或不同位置獲取的雷達(dá)（或光學(xué)）圖像，通過相減來消除平地位移，從而獲取地表形變的差分干涉測(cè)量技術(shù)稱為_______。4.火星全球高程模型MGE的主要數(shù)據(jù)來源是火星軌道飛行器上的_______雷達(dá)測(cè)高儀（MROHiRISE相機(jī)也提供了重要的高程信息）。5.火星表面的水冰主要存在于_______盆地和兩極的_______中。6.火星地形測(cè)繪中，為了消除傳感器視場(chǎng)角導(dǎo)致的距離誤差，通常需要進(jìn)行_______校正。7.主動(dòng)式測(cè)繪手段是指_______發(fā)射信號(hào)并接收回波，被動(dòng)式測(cè)繪手段是指_______接收自然輻射或反射光。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述光學(xué)遙感技術(shù)在火星地形測(cè)繪中的應(yīng)用原理及其主要局限性。2.比較火星軌道激光測(cè)高（LidarAltimetry）與地面激光測(cè)高（LaserAltimetry）在精度、覆蓋范圍和成本方面的主要區(qū)別。3.解釋什么是火星的“參考橢球”及其在火星大地測(cè)量中的作用。4.簡(jiǎn)述火星重力數(shù)據(jù)在推斷地下結(jié)構(gòu)和水冰分布方面提供的信息。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述雷達(dá)技術(shù)（包括SAR和雷達(dá)測(cè)高）為何在火星地形測(cè)繪中扮演著至關(guān)重要的角色，并舉例說明其在克服光學(xué)遙感局限性方面的作用。2.選擇一個(gè)具體的火星探測(cè)任務(wù)（如MRO、毅力號(hào)、好奇號(hào)等），分析其地形測(cè)繪的主要目標(biāo)、采用的關(guān)鍵技術(shù)和獲取的主要地形數(shù)據(jù)及其科學(xué)意義。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.A5.C6.B7.D8.B9.B10.C二、填空題1.25；四季；極晝極夜2.奧林匹斯；阿卡迪亞3.雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）4.MROSHARAD5.極地；覆蓋層6.視場(chǎng)角（或投影）7.探測(cè)器；目標(biāo)（或自然輻射源）三、簡(jiǎn)答題1.應(yīng)用原理：利用航天器搭載的光學(xué)相機(jī)拍攝火星表面影像，通過立體像對(duì)技術(shù)（獲取不同角度的影像）或多角度攝影測(cè)量原理，解算出地表點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而構(gòu)建數(shù)字高程模型或地形圖。利用不同波段的影像還可以獲取地表材質(zhì)信息。主要局限性：*受光照條件限制明顯，晝夜交替或陰影區(qū)難以成像或測(cè)高。*大氣塵埃和稀薄大氣會(huì)造成圖像模糊和散射，影響分辨率和對(duì)比度。*對(duì)于垂直陡峭的懸崖、陡坡等地形，存在測(cè)高誤差。*難以穿透植被或薄表土獲取下伏地形信息。2.軌道激光測(cè)高（如MROMOLA）：*精度：全球覆蓋，單點(diǎn)絕對(duì)精度相對(duì)較高（如幾米量級(jí)）。*覆蓋范圍：全球無縫覆蓋。*成本：需要專用激光測(cè)高儀器載荷，任務(wù)成本高。地面激光測(cè)高（如好奇號(hào)、毅力號(hào)SuperCam）：*精度：局限于巡視器足跡附近，可達(dá)厘米級(jí)精度，但覆蓋范圍極小。*覆蓋范圍：僅能覆蓋巡視器行進(jìn)路線及周圍有限區(qū)域。*成本：儀器相對(duì)較小，但每個(gè)著陸點(diǎn)都需要，任務(wù)成本分?jǐn)偂Ｖ饕獏^(qū)別：軌道測(cè)高優(yōu)勢(shì)在于大范圍、高程覆蓋，但精度受軌道高度限制；地面測(cè)高精度極高，但覆蓋范圍極小，是軌道數(shù)據(jù)的補(bǔ)充和驗(yàn)證。3.參考橢球：火星參考橢球是一個(gè)數(shù)學(xué)上定義的旋轉(zhuǎn)橢球體，其形狀和大小（長(zhǎng)半軸、短半軸）用于代表火星的近似形狀。它是火星大地測(cè)量的基準(zhǔn)面。作用：*提供一個(gè)統(tǒng)一的、規(guī)則的參考基準(zhǔn)，用于定義火星上所有點(diǎn)的地理位置（經(jīng)度、緯度）和高程。*是進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、距離計(jì)算、面積量算等空間運(yùn)算的基礎(chǔ)。*不同的火星探測(cè)任務(wù)可能使用不同的參考橢球定義，需要進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。4.重力數(shù)據(jù)提供的信息：*質(zhì)量分布：重力異常反映了地表及淺層地下物質(zhì)密度的變化。高密度物質(zhì)（如基巖、金屬）會(huì)使局部重力增加，低密度物質(zhì)（如水冰、風(fēng)化殼）會(huì)使局部重力減弱。*地下結(jié)構(gòu)：通過分析重力異常的形態(tài)和強(qiáng)度，可以推斷地下是否存在大型空腔（如水冰室）、山脈、盆地、地幔密度不均勻體等結(jié)構(gòu)。*水冰分布：水冰密度小于基巖，會(huì)向下凹的引力勢(shì)阱，導(dǎo)致重力異常偏低。因此，重力數(shù)據(jù)顯示異常低的區(qū)域（如極地冰蓋下方、某些撞擊坑底部）常常對(duì)應(yīng)著可能的水冰儲(chǔ)藏。四、論述題1.雷達(dá)技術(shù)的重要性及克服光學(xué)局限性：重要性：*全天候工作：雷達(dá)發(fā)射電磁波，不依賴可見光照明，因此可以在火星的晝夜、陰影區(qū)、沙塵暴等惡劣天氣條件下持續(xù)工作，獲取數(shù)據(jù)，這是光學(xué)遙感無法比擬的。*穿透能力：合適頻率的雷達(dá)波可以穿透火星表面的薄層干燥土壤、沙塵或稀疏植被，直接探測(cè)下伏的濕陷性土壤或水冰層，獲取地下信息，這是光學(xué)遙感無法做到的。*高分辨率成像：合成孔徑雷達(dá)（SAR）技術(shù)可以通過信號(hào)處理獲得很高的地面分辨率，能夠詳細(xì)描繪火星表面的紋理、構(gòu)造和小型地貌特征。*獲取地形和結(jié)構(gòu)信息：軌道雷達(dá)測(cè)高（如MROSHARAD）能夠精確測(cè)定全球高程，構(gòu)建高精度數(shù)字高程模型；雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）可用于監(jiān)測(cè)地表形變?？朔鈱W(xué)局限性：*克服光照限制：雷達(dá)的全天候能力使其在光學(xué)遙感因陰影或光照不足而失效時(shí)仍能工作，保證了測(cè)繪的連續(xù)性和完整性。*克服地表覆蓋限制：雷達(dá)對(duì)植被、干燥土壤的穿透能力，使其能探測(cè)到被遮蔽的下伏地形或水冰，而光學(xué)遙感只能看到地表覆蓋層。*提供互補(bǔ)信息：對(duì)于光學(xué)上難以區(qū)分的地貌單元（如不同類型的沙丘、風(fēng)化程度相似的巖石），雷達(dá)的后向散射特性可以提供額外的物理信息，幫助識(shí)別和測(cè)繪。*探測(cè)陰影區(qū)：火星表面的陰影區(qū)（如火山口內(nèi)部、峽谷底部）對(duì)于光學(xué)測(cè)繪是盲區(qū)，但雷達(dá)可以穿透陰影區(qū)進(jìn)行測(cè)繪。2.以“毅力號(hào)”（Perseverance）任務(wù)為例：主要目標(biāo)：*在蓋爾撞擊坑（GaleCrater）內(nèi)尋找古代火星環(huán)境的證據(jù)，特別是尋找過去可能存在微生物生命的跡象。*評(píng)估火星過去或現(xiàn)在宜居環(huán)境的潛力，為未來人類探測(cè)和火星基地建設(shè)做準(zhǔn)備。采用的關(guān)鍵技術(shù)及數(shù)據(jù)：*高分辨率地形相機(jī)（Mastcam-Z）：提供地表彩色影像和立體影像，用于地質(zhì)觀測(cè)、巖石識(shí)別、導(dǎo)航和測(cè)高（通過視差法）。*激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀（LIBS，SuperCam的一部分）：利用激光燒蝕巖石表面，分析產(chǎn)生的等離子體光譜，識(shí)別巖石和土壤的化學(xué)成分。*鉆探系統(tǒng)（DRS）：鉆取巖石和土壤核心樣本，帶回進(jìn)行分析。*地形測(cè)繪雷達(dá)（RIMFAX，隨毅力號(hào)抵達(dá)但未部署使用）：原計(jì)劃用于探測(cè)著陸點(diǎn)周圍地下水冰的存在。*慣性測(cè)量單元（IMU）與導(dǎo)航軟件：精確記錄行進(jìn)軌跡和姿態(tài)，用于精確地形測(cè)繪和樣本采集點(diǎn)的導(dǎo)航。獲取的主要地形數(shù)據(jù)及其科學(xué)意義：*Mastcam-Z獲取的影像和高程數(shù)據(jù)：構(gòu)建了著陸點(diǎn)及其周邊區(qū)域的高分辨率數(shù)字地形模型（DTM/DEM），精確測(cè)定了巖石、撞擊坑、陡坡等形態(tài)特征。這些地形數(shù)據(jù)是識(shí)別有利地質(zhì)采樣點(diǎn)、規(guī)劃巡視器行進(jìn)路線、理解地質(zhì)構(gòu)造和沉積環(huán)境的基礎(chǔ)。例如，DTM幫助識(shí)別了陡峭的“龍身巖”（Roccadel’Oro）作為潛在的沉積巖層。*IMU和導(dǎo)航數(shù)據(jù)：