基于SNIP方法在月球伽馬能譜數據處理中的應用

趙劍錕 陳爽 蔣越 甘媛

摘 要：采用伽瑪射線譜儀來探測行星表面的物質成分是一種常規(guī)的手段。為了準確獲取月表的元素分布特征，需要對伽瑪能譜數據進行處理。從伽瑪能譜數據的方面出發(fā)，提出采用SNIP方法對伽瑪能譜數據進行本底扣除，獲得了月球表面Th的分布特征，并且與美國的月球勘探者伽瑪射線譜儀（LP-GRS）進行比較，結果表明， 其分析特征基本一致，同時也存在一些差異。

關鍵詞：SNIP；月球伽馬能譜；Th分布

中圖分類號：O657.35 文獻標識碼：A

通過嫦娥一號的有效載體伽瑪射線譜儀獲取月球表面的數據為我國科學界研究月表的物質組成與分布特征提供了有力的支撐，目前對有關嫦娥一號的伽馬能譜數據的處理方法以及處理的結果進行了研究，并且得到很好的成果。目前對嫦娥一號的數據和嫦娥二號獲取的數據進行深部挖掘，對我國進一步開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，對月球表面的數十種元素的局部和全月的分布情況進行了分析，本文通過引用SNIP方法對月球伽馬能譜數據進行處理，并且對實驗的結果予以了討論，將Th的分布特征與LP-GRS的數據進行了比較。

1理論依據

Morhac 在Ryan等提出的SNIP算法的基礎上提出了改進，采用LLS運算符對譜線的每道數據進行了變換，以增強對弱峰的敏感性。以設定的窗口值w=2m+1作為初值，采用窗寬逐減法的思路加快濾波速度。其相應的變換式如式（1）和（2）所示。

2數據的處理

經過申請獲得了CE1-GRS 的2C級數據是經過處理歸一化后獲得的數據，一般是按照下面的流程對數據進行進一步的處理，如圖1所示。

對于嫦娥1號伽瑪能譜數據，經過數據的篩選，獲得有效的月球伽瑪能譜數據，經過宇宙射線校正后，以經度和緯度均按照5°進行網格化分割，形成2592個5°×5°的區(qū)域帶；然后將每個區(qū)域帶中的譜線進行累積平均，形成該區(qū)域的能譜譜線；最后采用光滑的方法對譜線進行去噪后，采用SNIP方法對譜線進行處理，獲得凈峰，從而獲得凈峰面積。

如圖2所示為CE1和LP的伽馬能譜數據經過光滑之后的能譜圖，在經過光滑后的譜線上，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（如圖2所示）。而經過SNIP扣除本底后，在原有的基礎上，還可以識別Al（2.210MeV）和U（2.204MeV）構成的重疊峰。經過SNIP對圖2所示譜線數據進行處理后，特征峰能顯露出來，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，不會和月表的其他譜線發(fā)生干擾，所以相對而言，確認Th的2.615MeV的能量特征峰的面積要容易很多。本文參考LP數據處理的過程，選取了2.5～2.7MeV的能量范圍內的計數率之和作為Th-2.615MeV的能量的峰面積，求解月表各個區(qū)域3s的平均譜線，并且繪制相應的Th窗的全月分布圖，其圖如圖4所示。CE1-GRS經過SNIP方法扣除本底后，其分布圖如圖5所示。

結語

與LP號的數據相比，其Th的分布特征基本一致，但存在一些差異，其部分區(qū)域出現了含量相對偏高的區(qū)域。此外，經過上述處理的月球伽馬能譜數據得到的分布特征圖，其條帶狀分布比較明顯，其原因可能是由于伽瑪能譜儀長期工作的過程中，由于環(huán)境溫度等因素的不一致而帶來的影響，在數據處理的過程匯總，應該需要考慮能譜儀在測量過程中的一致性。

從上述伽瑪能譜數據處理的結果可以看出，在沒有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的計數率分布圖存在一定的問題，可以考慮和完善現有的方法，申請更對的CE1的其他數據作對比分析，以及與嫦娥2號的相關數據進行對比分析。

此外，SNIP方法可以用于對月球伽瑪能譜數據進行全譜本底的扣除，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間短。

參考文獻

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