反射光谱已经广泛应用于月表成分研究,而且月球在轨卫星也主要以紫外、可见光和近红外波段观测方式为主。但基于反射光谱的矿物识别和成分反演能力却受到月球环境的严重影响,主要存在反射率降低、光谱对比度减弱和光谱特征不明显等问题。因此,反射光谱的矿物识别和成分反演能力通常仅限于月壤成熟度较低的地区(约5%的月球表面)。与反射光谱比较,发射光谱不仅对于硅酸盐矿物更加敏感,对于月表物质的热物理特性(包括热惯性、粒度、密度和岩石丰度等)和月球表面粗糙度(地形因素)同样十分敏感。同时,硅酸盐矿物发射光谱特征受到月球环境的影响较小,为我们提供了一条新的了解月表成分和物理特性的途径。月球红外遥感研究主要包括地基望远镜、月表着陆、实验室测量和在轨卫星测量等方面。其中,实验室月壤样品发射率光谱特征研究和月表发射率反演是两个最主要的内容。在月球发射率光谱特征和地球发射率反演方法的基础上,以黑体辐射定律和辐射传输方程为理论基础,热红外遥感为探测手段,LRO Diviner热红外数据为研究对象,开展了月表发射率反演及其尺度效应研究。物质的发射率是建立在基于均匀等温表面的基础上。然而,空间观测的表面通常是非均匀的,遥感表面温度只能从理想等温表面中的热平衡中获取。为了建立不同温度的物质作为一个像元的辐射量与相同温度黑体贡献辐射量间的关系,相继提出了不同的像元发射率。其中,只有视在发射率明确了像元发射率的尺度效应。月球样品发射率光谱特征作为判断月表岩石和矿物成分的指示性信息,主要包括CF和RB两个光谱特征。本文通过设计实验,在大气、氮气冷背景和真空环境下利用三种发射率测量方法进行了模拟月壤测量实验,获得了发射率光谱,结合已有Apollo样品热红外波段反射率光谱,分析了成熟度、矿物成分、化学成分、粒径和样品温度对发射率光谱特征的影响,确定了发射率光谱CF特征可作为月表矿物成分和化学成分反演的依据。以2012年1-6月Diviner通道3至9月表赤道附近亮温数据为研究对象,制作通道亮温误差棒图,分析Diviner数据稳定性。针对Diviner白天和夜晚红外数据的分布规律,以及数据中少量的“坏点”或者“坏线”问题,提出了Diviner数据处理方法,包括亮温数值拟合、奇异点剔除、分时段拟合和纬向校正等。通过应用这些数据处理方法于Diviner通道6的亮温数据中,获得了高空间分辨率、全覆盖度的月表亮温分布图,并利用时段亮温值、DEM和CCD数据评价了亮温分布,验证了Diviner红外数据处理方法的可行性和可靠性。以发射率反演算法中的发射率归一化法为基础,提出了月表发射率的反演算法。通过二次拟合3个通道亮温值求得像元最大亮温值代替像元实际温度值,利用月球辐射传输方程反演像元通道发射率值。利用反射率反演算法和Diviner的8μm通道亮温数据,反演了月表发射率,进而再利用二次拟合3个通道发射率值获得发射率光谱特征CF值。通过月球6-18点Apollo15登月点像元发射率反演值,分析像元发射率尺度效应,并发现了发射率的空间效应。利用Diviner两种空间分辨率的发射率反演值分析了发射率尺度效应的分布规律。结合CF特征固有属性和误差理论,消除了CF值中的尺度效应和空间效应,为月表成分反演提供可靠发射率数据。根据18种不同粒径Apollo样品发射率光谱特征与其成分含量间的相关性,建立了月表成分发射率反演模型。其中,CF值与钛铁矿、斜长石、易变辉石和富镁单斜辉石四种矿物的相关性分别为0.5825、0.5352、0.4483和0.887,与Si O2、Ti O2、Al2O3、Cr2O3、Mg O、Ca O、Mn O、Fe O和SO2的相关性分别为0.5539、0.6404、0.5992、0.7834、0.6836、0.482、0.75、0.7097和0.5306。结合消除尺度效应和空间效应的CF值影像,反演了月表四种矿物和九种元素含量。利用Apollo15采样点样品成分含量验证了反演精度。四种矿物反演值和实测值的均方差误差分别为0.33、15.35、5.28和1.58,七种元素含量(Si O2、Ti O2、Al2O3、Mg O、Ca O、Mn O和Fe O)反演值和实测值均方差误差分别为2.25、0.92、2.63、2.80、1.56、0.05和2.34。结果表明,利用CF特征可反演月表矿物和元素含量,并且元素含量的反演精度要高于矿物含量的反演精度,为月表成分反演提供了一种新的方法。