作为与地球最近和最相似的行星,火星一直被人类所探索。在火星漫长的演化历史中,火星受到宇宙中各种物质或能量的影响,记录了火星地质和宇宙变化的历史。火星次表层地质结构及土壤特点的探测对于了解火星演化历史有着重要意义,同时也对火星水资源和矿物分布提供十分重要的信息,为未来的火星登陆和火星开发提供前提和保障。由于电磁波独特的穿透特性,星载雷达探测仪常被用于火星次表层的探测。然而单独的星载雷达探测仪在火星次表层的探测中存在探测深度不足和探测精度较弱的缺陷,并且无法对同一地点进行多角度测量。因此,本文提出了一种新型的星载雷达-火星车的双站探测系统,旨在初步解决单雷达系统在火星次表层探测的缺陷。然而,在天问1号发射前,所有执行火星探测任务的探测器没有共用的频段,因此无法利用现有的单雷达探测器组成双雷达探测系统,也没有利用双雷达探测系统对火星次表层进行探测的相关详细研究。天问1号的成功发射推进了火星探测的进程。MRO轨道卫星上搭载的SHARAD雷达和天问1号火星车上搭载的RoSPR雷达有着一部分公共频段（15-25 MHz）,这为本文双站系统提供了探测基础。本文选取SHARAD雷达作为发射端和RoSPR雷达作为接收端,以电磁波和火星表层、次表层物质相互作用为理论基础,结合火星上乌托邦大平原（Utopia Planitia）的分层地质结构,提供星载雷达-火星车（SHARAD-RoSPR）的双站探测系统在火星次表层探测的可行性,为未来的火星次表层探索提供理论依据和指导,也为未来双站火星探测系统设计提供了契机。本文通过星载雷达-火星车双站探测系统的可行性研究和探测性能分析两部分验证了星载雷达-火星车双站探测系统在火星次表层探测的可行性。在双站探测系统的可行性研究中,本文进行了星载雷达-火星车双站探测系统的电磁波信号路径模拟、损耗分析和波形合成。在电磁波信号路径模拟中,本文结合了火星乌托邦大平原的地质特点和分层结构,利用电磁波传播的几何特性,给出了双站探测系统的电磁波传播模型。本文首先分析了电磁波传播的一条路径,包括电磁波从星载雷达发射、透射火星电离层、穿过火星地表层以及在火星次表层间反射最终透射出火星地表被火星车接收。然后将研究地区的地质结构分成无数个小面元。根据Kirchoff近似,每一个小的面元被近似看作一个光滑的平面,且每一个光滑平面的斜率服从均匀分布。结合单条路径计算方法,最终合成出整体的电磁波传播路径。在双站探测系统的电磁波路径损耗分析中,本文利用电磁波在不同媒介中的损耗特性和不同媒介交界处的反射折射特性,结合了电磁波的路径计算,分析了双站探测系统发射的电磁波在传播过程中的路径损耗,最终计算了电磁波在接收方的功率大于火星车RoSPR雷达的接收功率（-117dBW）,证实了双站系统在电磁波信号发射和接收的可行性,也为接收方模拟波形合成提供了物理基础。在火星车接收方波形合成分析中,本文利用电磁波在不同媒介中的传播速度的差异以及电磁波在不同反射面反射所需路程不同的物理特性,计算了双站探测系统发射的电磁波在火星地下不同层面反射后到达火星车接收方的时间延时,结合损耗分析中的电磁波传播损耗,模拟了电磁波在火星车接收方的时间波形图。在双站探测系统的电磁波对火星地下非分层结构传播路径分析中,火星乌托邦大平原的地质结构不再被当做层级结构处理,而是作为非层级结构来计算电磁波的传播路径和传播损耗。在非层级结构下,火星乌托邦大平原的地质特征均匀变化,即地下物质的介电常数随着所在深度线性变化。在假设的火星乌托邦大平原的地下非层级结构条件下,本文利用电磁波射线追踪技术,计算出了双站探测系统的电磁波在不同发射角度时的传播曲线。在双站探测系统的电磁波于火星地下非分层结构传播损耗分析中,本文结合次表层介电常数非均匀分布的线性变化特性,计算了电磁波在火星次表层的传播损耗。通过双站探测系统的电磁波传播路径分析、损耗计算以及波形合成,本文初步验证的星载雷达-火星车的双站探测系统在火星次表层探测的可行性。在双站探测系统的性能研究中,本文对比了双站系统和单雷达系统在探测频率、次表层探测深度、次表层探测精度上的优劣。在火星次表层探测频率上,由于天问1号火星车和轨道卫星MRO运行速度的不同步,双站系统无法全天候进行火星次表层的探测任务。天问1号火星车的研究地点为乌托邦大平原而轨道卫星MRO则是绕着火星轨道运行,且轨道卫星MRO每十七天经过一次乌托邦大平原的上方,因此双站系统的探测周期约为十七天一次。而单雷达系统可以提供不停歇的探测,所以SHARAD-RoSPR双站系统的探测频率要略差于单雷达探测系统,如SHARAD,MARSIS等。但是,由于本文所依赖的轨道卫星（SHARAD）和地表火星车（天问1号火星车）均可自行完成火星探测任务,本文建议双站系统每十七天工作一次,即每次搭载SHARAD探测雷达的轨道卫星MRO经过乌托邦大平原上空附近时开启双站系统配置,而其余时间由SHARAD和天问1号火星车独立完成各自的探测任务来弥补双站系统在探测周期上的劣势。在火星次表层探测深度上,本文对比了双站系统和单雷达系统在几种常见火星次表层中的穿透深度,结合电磁波传播损耗分析中得出的损耗模型,计算了双站探测系统在不同电磁波发射角度及不同火星次表层物质中的最大探测深度和单雷达系统在同样火星次表层物质中的最大探测深度。通过比对双站系统和单雷达系统在几种常见火星次表层中的最大探测深度,本文发现了在双站系统电磁波发射角度小于42度时双站系统的探测深度要优于单雷达系统,并且该探测深度随着电磁波发射角度的减小而增加。因此本文验证了双站系统在火星次表层深层探测中的优势性。在探测准确度上,本文比较了单雷达系统和双雷达系统在垂直分辨率上的区别。由于电磁波接收机在短时间内接收到不同地下层面反射的信号时会发生信号混叠的现象,雷达探测系统的探测深度受到电磁波接收信号最小时间间隔的限制。相比于单雷达系统,双站探测系统因为有着相对较长的地下传输距离,增加了电磁波在次表层的传输时间,从而增大了限制探测深度的理论最小时间间隔。通过分析双站探测系统在不同电磁波发射角度时的垂直探测分辨率,本文发现,在探测火星表层时,双雷达系统的垂直分辨率略弱于单雷达系统,而在探测次表层时,双雷达系统在电磁波发射角小于18度时的垂直分辨率略优于单雷达系统。因此本文建议双站系统的电磁波发射角尽量不超过18度。通过双站探测系统对火星次表层的探测频率、探测深度和探测精度分析,本文验证了双站系统的总体探测性能要优于单雷达探测系统。结合星载雷达-火星车双站探测系统的可行性分析和性能分析,本文验证了双站探测系统在信号传输和接收上的可行性,且双站系统在总体探测性能上要优于单雷达系统,因此本文最终验证了星载雷达-火星车（SHARAD-RoSPR）的双站探测系统在火星次表层探测上的可行性。本文提出星载雷达-火星车双站探测系统,期望能够初步解决火星次表层探测中的一些基本问题,也希望能够对未来的的火星探测和双雷达系统的设计提供理论依据和指导。本文依然存在有待完善和改进的方面如利用更精确的地下模型、更好的天线辐射模式、更好的表面散射模型和RoSPR上的数据负载问题,希望在未来的火星探索研究过程中,逐步改善双站系统的探测性能并深入探索双雷达系统甚至多雷达系统在火星次表层探测的可行性。