中科院遥感所：火星含水矿物高光谱目标探测算法研究
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2020年7月23日12时41分，我国DY个火星探测器在海南文昌航天发射场点火升空。这标志着，我国S次火星探测任务“天问一号”正式实施。
“天问一号”是我国迈向比月球更远的深空探测的DY步，是我国S次自主火星探测任务，更是ZG航天走向深空的里程碑工程，举国关注。除了要实现火星制动捕获、探测器进入，天问一号还肩负着“绕”“落”“巡”的三连任务及许多工程目标和科学目标，实属S次。
自上个世纪以来，天文学家就一直在寻找除地球之外适合人类居住的星球，其中Z热门候选就是火星。火星跟地球一样有近24小时的昼夜交替，再加上已探测到火星上面存在有山川峡谷和水痕化石，如此相似是否就真的说明火星适合人类居住呢？
一、寻找火星宜居环境是火星探测的S要科学问题。
“天问一号”的工程目标是实现火星环绕探测和巡视探测，以便获取火星探测科学数据，实现我国在深空探测领域的技术跨越；同时建立独立自主的深空探测工程体系，推动我国深空探测活动可持续发展。
而科学目标，主要是实现对火星形貌与地质构造特征、表面土壤物质特征与水冰分布、大气电离层及气候与环境、物理场与内部结构等的探测研究。通过样本和数据的获取与分析可以得出火星环境发展状态结论，进而推算出人类究竟有没有可能将火星当做“第二家园”。
二、火星上的水环境演化与生命发展
ZG科学院空天信息创新研究院遥感科学国家ZD实验室研究员邸凯昌表示：“水往往会孕育出生命形态，人类Z关心的问题就是火星上的水和生命！”他指出，以往与火星形貌、矿物等相关研究显示，火星历史上是存在大量液态水的，甚至可能曾存在广阔的海洋，但现在火星为何变成了干枯的“沙漠星球”，以前的水如何形成，后来又如何消失？火星作为太阳系中与地球Z相似的行星，它的今天是否将预示着地球的明天？这些重大的科学问题都有待进一步解答。
而研究含水矿物则对了解火星地表水岩交互、圈定宜居环境、寻找生命有重要意义。目前已发现存在层状硅酸盐、含水硅酸盐、蒸发盐、碳酸盐和硫酸盐成分，其中Z常见的含水矿物是Fe/Mg层状硅酸盐，从年代来看，火星含水矿物主要分布在古老的诺亚纪地层；从地形来看，含水矿物主要分布在撞击坑的ZY峰或溅射毯中。
火星含水矿物遥感探测的新发现与成像光谱仪的发展密不可分，利用火星模拟土壤（Mars Global Simulant，MGS）与绿脱石、蒙脱土、高岭石、透石膏和方解石这5种含水矿物以不同体积分数两端元混合。
研究表明：
• 火星土壤对含水矿物光谱特征具有YZ作用，随着含水矿物丰度降低，含水矿物吸收深度降低，吸收宽度变大，吸收位置发生偏移。
• 火星土壤对不同强度的吸收特征的YZ作用存在差异。吸收深度越深的特征受火星土壤的影响越小，而弱吸收特征会随着MGS增加而消失
• 火星土壤对单吸收特征和复合（多）吸收特征的影响不同，如透石膏1.45μm三峰吸收、高岭石2.2μm的双吸收特征受MGS影响更大。
三、火星含水矿物高光谱目标探测算法研究取得突破性进展
通过充分分析火星探测器回传的海量地表数据，挖掘其中蕴含的信息，进行多学科的深入研究，能帮助科学家们通过火星了解地球。
数据分析和研究有多种方法，不同学科领域各具特色。以火星形貌研究为例，中科院空天信息研究院通过遥感数据解译分析、数值模拟或物理模拟实验、火星与地球类似形貌对比研究等多手段、多角度“还原”出了火星形貌特征和形成过程。
• 利用新型算法模拟土壤中的5种含水矿物，来研究火星土壤对含水矿物特征光谱的影响，获取的光谱数据可作为其他火星含水矿物信息提取研究的标准数据。
• 研究多任务学习的稀疏与低秩表达目标探测算法，充分利用目标和背景像元的分布特点，缓解了相邻波段光谱冗余性，有效的YZ背景信号，改善了探测精度；
• 研究顾及目标干扰和空谱信息的目标探测算法，提取高光谱图像的空谱特征，YZ了目标干扰问题，提高了算法性能，且探测结果几乎不受图像条带噪声影响。
四、深空经构筑我国先发优势
目前，我国近空经济已经形成规模，特别是卫星遥感领域市场需求充足，产业链较为完善。随着探月、探火等重要国家任务的推进，我国航天氛围持续提升，此时实时释放商业需求，近空与深空结合，商业航天才“圆满”。
而近年公布的一大批标志性科技创新成果也让世人对“ZG创造”刮目相看，特别是关于高光谱遥感领域的“深度”布局，使得一系列重大项目与国家科技重大专项远近结合、梯次接续，在未来我国还会考虑更高层次的科技探索，如空间飞行器在轨服务、空天地一体化网络布局等深空空间的进一步开发利用。
我国需抓紧科技创新来引领发展，打破行业壁垒与技术垄断，逐步进入价值链的高端，形成新的技术轨道和范式，从而避免跌入“中等陷阱”。
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