嫦娥一號(hào)月球伽瑪能譜數(shù)據(jù)分析與處理方法研究.pdf

1、月球表面物質(zhì)的原子或原子核在受到宇宙線粒子轟擊時(shí),會(huì)激發(fā)產(chǎn)生特征γ射線;此外,一些天然放射性元素也可以自發(fā)產(chǎn)生γ射線。不同元素釋放出的γ譜線具有不同的特征能量,因此我們可以通過γ射線譜儀測(cè)量這些特征γ譜線的能量和通量,從而推算月表物質(zhì)元素的種類和豐度。
　　 開展嫦娥月球探測(cè)工程是我國向宇宙深空探測(cè)邁出的第一步,實(shí)現(xiàn)了我國航天深空探測(cè)零的突破。目前月球科學(xué)已成為國際科學(xué)研究的焦點(diǎn),月球具有可供人類開發(fā)和利用的各種獨(dú)特資源,其特有

2、的礦產(chǎn)和能源,是對(duì)地球資源的重要補(bǔ)充和儲(chǔ)備,對(duì)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
　　 本文圍繞月表主要放射性元素的特征分布問題,通過對(duì)嫦娥一號(hào)伽瑪射線譜儀在一年內(nèi)的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)開展分析研究;并綜合對(duì)比國內(nèi)外繞月伽瑪能譜探測(cè)與數(shù)據(jù)處理情況,開展了以下研究。
　　 1、通過對(duì)2C級(jí)數(shù)據(jù)中5,449,778條伽瑪探測(cè)譜線的篩選校正、元素分布數(shù)據(jù)檢查,發(fā)現(xiàn)異常高值現(xiàn)象,因此對(duì)經(jīng)過該經(jīng)緯度范圍的所有2C級(jí)譜線文件進(jìn)行經(jīng)緯度做圖

3、檢查,注意到伽瑪探測(cè)過程中太陽粒子事件的對(duì)探測(cè)器的影響,將對(duì)應(yīng)異常探測(cè)數(shù)據(jù)剔除,有效地消除了元素特征分布圖中的異常條帶現(xiàn)象,保證了生成3C級(jí)伽瑪數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)確性。
　　 2、針對(duì)放射性探測(cè)中的統(tǒng)計(jì)漲落現(xiàn)象,進(jìn)行正交小波分解,利用其能量守恒的特性,確保了小波逆變換時(shí)不擴(kuò)大噪聲在小波域中的能量,引入非線性閾值函數(shù),設(shè)置對(duì)于無偏估計(jì)門限,在保證計(jì)數(shù)值穩(wěn)定的情況下,重構(gòu)得出平滑的能譜曲線,有效降低了伽瑪譜線數(shù)據(jù)的噪聲波動(dòng),這對(duì)準(zhǔn)確計(jì)算月

4、表元素含量的特征分布具有重要的意義。
　　 3、在分析國內(nèi)外本底處理方法的基礎(chǔ)上,本文提出趨勢(shì)線峰形加強(qiáng)本底扣除(TPSBE)方法。首先,將伽瑪射線能譜從頻域上看做低頻本底和高頻特征峰的疊加,濾除特征峰和雜波,得到能譜趨勢(shì)線,通過趨勢(shì)線計(jì)算,將能譜特征峰峰形加強(qiáng)。之后,利用雙正交小波具有線性相位的特性,通過細(xì)節(jié)系數(shù)與零值的交界情況逐次迭代逼近峰位和波谷,并增加判斷機(jī)制對(duì)結(jié)果進(jìn)行篩選和校正。最后,差值構(gòu)造出特征峰本底曲線。結(jié)果表明

5、該方法分析低能段重疊峰和弱峰時(shí)具有較好的效果。
　　 4、對(duì)譜線中特征能量相近元素所形成的重疊峰,按均萬誤差極小構(gòu)造各目特征峰曲線,采用高斯函數(shù)進(jìn)行擬合解析。并以等面積分布圖、等值線圖、球面3D分布圖三種形式清晰展示全月元素特征分布情況。
　　 5、根據(jù)對(duì)全月U、Th、K元素結(jié)果數(shù)據(jù)成圖分析,三種元素的分布具有顯著的相關(guān)性,主要分布于月球正月面北部,由西經(jīng)70°,北緯50°;西經(jīng)20°,南緯30°;東經(jīng)50°,北緯70°

6、三點(diǎn)組成的三角區(qū)域中,尤其在南部的云海、濕海、風(fēng)暴洋區(qū)域,具有顯著的高值點(diǎn);在此正月面三角形區(qū)域之外及背月面,三種放射性元素的分布普遍偏低,其中在南極艾肯盆地附近有相對(duì)高值區(qū)域出現(xiàn),但遠(yuǎn)低于正月面北部的三角形區(qū)域。
　　 6、通過對(duì)比分析嫦娥一號(hào)伽瑪譜儀與阿波羅號(hào)伽瑪譜儀、月球勘察者號(hào)伽瑪譜儀、月亮女神號(hào)伽瑪譜儀對(duì)月球放射性探測(cè)的成圖結(jié)果,雖然在探月任務(wù)中探測(cè)衛(wèi)星的運(yùn)行軌道不同、探測(cè)時(shí)間不同、探測(cè)儀器不同,然而,數(shù)據(jù)處理結(jié)果中U