基于SNIP方法在月球伽馬能譜數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

趙劍錕 陳爽 蔣越 甘媛

摘 要：采用伽瑪射線譜儀來(lái)探測(cè)行星表面的物質(zhì)成分是一種常規(guī)的手段。為了準(zhǔn)確獲取月表的元素分布特征，需要對(duì)伽瑪能譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。從伽瑪能譜數(shù)據(jù)的方面出發(fā)，提出采用SNIP方法對(duì)伽瑪能譜數(shù)據(jù)進(jìn)行本底扣除，獲得了月球表面Th的分布特征，并且與美國(guó)的月球勘探者伽瑪射線譜儀（LP-GRS）進(jìn)行比較，結(jié)果表明， 其分析特征基本一致，同時(shí)也存在一些差異。

關(guān)鍵詞：SNIP；月球伽馬能譜；Th分布

中圖分類號(hào)：O657.35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

通過(guò)嫦娥一號(hào)的有效載體伽瑪射線譜儀獲取月球表面的數(shù)據(jù)為我國(guó)科學(xué)界研究月表的物質(zhì)組成與分布特征提供了有力的支撐，目前對(duì)有關(guān)嫦娥一號(hào)的伽馬能譜數(shù)據(jù)的處理方法以及處理的結(jié)果進(jìn)行了研究，并且得到很好的成果。目前對(duì)嫦娥一號(hào)的數(shù)據(jù)和嫦娥二號(hào)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行深部挖掘，對(duì)我國(guó)進(jìn)一步開(kāi)展探月工作有重要的意義。

“阿波羅”及“月球勘探者”中使用的伽馬能譜儀，對(duì)月球表面的數(shù)十種元素的局部和全月的分布情況進(jìn)行了分析，本文通過(guò)引用SNIP方法對(duì)月球伽馬能譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果予以了討論，將Th的分布特征與LP-GRS的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。

1理論依據(jù)

Morhac 在Ryan等提出的SNIP算法的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)，采用LLS運(yùn)算符對(duì)譜線的每道數(shù)據(jù)進(jìn)行了變換，以增強(qiáng)對(duì)弱峰的敏感性。以設(shè)定的窗口值w=2m+1作為初值，采用窗寬逐減法的思路加快濾波速度。其相應(yīng)的變換式如式（1）和（2）所示。

2數(shù)據(jù)的處理

經(jīng)過(guò)申請(qǐng)獲得了CE1-GRS 的2C級(jí)數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)處理歸一化后獲得的數(shù)據(jù)，一般是按照下面的流程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，如圖1所示。

對(duì)于嫦娥1號(hào)伽瑪能譜數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的篩選，獲得有效的月球伽瑪能譜數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)宇宙射線校正后，以經(jīng)度和緯度均按照5°進(jìn)行網(wǎng)格化分割，形成2592個(gè)5°×5°的區(qū)域帶；然后將每個(gè)區(qū)域帶中的譜線進(jìn)行累積平均，形成該區(qū)域的能譜譜線；最后采用光滑的方法對(duì)譜線進(jìn)行去噪后，采用SNIP方法對(duì)譜線進(jìn)行處理，獲得凈峰，從而獲得凈峰面積。

如圖2所示為CE1和LP的伽馬能譜數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)光滑之后的能譜圖，在經(jīng)過(guò)光滑后的譜線上，可以看到Fe（0.847MeV）的特征峰，Mg（1.369MeV）和K（1.462MeV）的特征峰的重疊峰，以及Si（1.779MeV）的特征峰，Th（2.62MeV）的特征峰，O（6.129MeV）特征峰在譜線都可以看出來(lái)（如圖2所示）。而經(jīng)過(guò)SNIP扣除本底后，在原有的基礎(chǔ)上，還可以識(shí)別Al（2.210MeV）和U（2.204MeV）構(gòu)成的重疊峰。經(jīng)過(guò)SNIP對(duì)圖2所示譜線數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，特征峰能顯露出來(lái)，其圖如圖3所示。

3 月表Th分布特征的比較

由于天然伽瑪射線中Th元素的2.615MeV的伽馬射線的光子注量率的較高，且其能量比較高，不會(huì)和月表的其他譜線發(fā)生干擾，所以相對(duì)而言，確認(rèn)Th的2.615MeV的能量特征峰的面積要容易很多。本文參考LP數(shù)據(jù)處理的過(guò)程，選取了2.5～2.7MeV的能量范圍內(nèi)的計(jì)數(shù)率之和作為Th-2.615MeV的能量的峰面積，求解月表各個(gè)區(qū)域3s的平均譜線，并且繪制相應(yīng)的Th窗的全月分布圖，其圖如圖4所示。CE1-GRS經(jīng)過(guò)SNIP方法扣除本底后，其分布圖如圖5所示。

結(jié)語(yǔ)

與LP號(hào)的數(shù)據(jù)相比，其Th的分布特征基本一致，但存在一些差異，其部分區(qū)域出現(xiàn)了含量相對(duì)偏高的區(qū)域。此外，經(jīng)過(guò)上述處理的月球伽馬能譜數(shù)據(jù)得到的分布特征圖，其條帶狀分布比較明顯，其原因可能是由于伽瑪能譜儀長(zhǎng)期工作的過(guò)程中，由于環(huán)境溫度等因素的不一致而帶來(lái)的影響，在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程匯總，應(yīng)該需要考慮能譜儀在測(cè)量過(guò)程中的一致性。

從上述伽瑪能譜數(shù)據(jù)處理的結(jié)果可以看出，在沒(méi)有CE1-GRS的伽瑪能譜本底的條件下，采用直接解析譜線獲取月表Th的計(jì)數(shù)率分布圖存在一定的問(wèn)題，可以考慮和完善現(xiàn)有的方法，申請(qǐng)更對(duì)的CE1的其他數(shù)據(jù)作對(duì)比分析，以及與嫦娥2號(hào)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

此外，SNIP方法可以用于對(duì)月球伽瑪能譜數(shù)據(jù)進(jìn)行全譜本底的扣除，可以很方便的獲得能量特征峰的面積，該種方法具有消耗的時(shí)間短。

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