一种基于多元统计分析的嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法技术

本发明专利技术适用于嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法领域，提供了一种基于多元统计分析的嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法，包括以下步骤：步骤一：导入嫦娥二号任意轨道伽玛谱数据；步骤二：对步骤一中的数据进行前处理；步骤三：将步骤二中剩余的数据保留经度、纬度以及能谱数据；步骤四：随机选取若干条谱线进行累加获得标准谱并进行谱漂校正；步骤五：将步骤四得到的数据进行宇宙射线校正；步骤六：将步骤五得到的数据逐点计算获得本底数据；步骤七：将步骤六得到的数据进行马氏距离离群值的迭代判别与剔除；步骤八：将步骤七剔除离群值后的数据计算均值，获得该轨道数据的稳定本底。获得该轨道数据的稳定本底。获得该轨道数据的稳定本底。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多元统计分析的嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法


[0001]本专利技术属于嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法领域，尤其涉及一种基于多元统计分析的嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法。

技术介绍

[0002]航天伽玛谱仪器采集到的原始数据会不可避免的产生本底，本底的主要来源有：康普顿散射效应导致的谱线叠加，伽玛射线在探测器灵敏体积内小角度散射导致的低能拖尾，以及宇宙射线、电子学噪声等多种因素产生的天然本底。本底的存在会使伽玛谱线整体偏高，并会掩盖部分弱峰，导致测量值与真实值存在极大差异。
[0003]在一般的伽玛谱数据处理流程中常用的本底扣除方法有灵敏非线性本底扣除法、数字滤波器本底扣除法等，上述方法主要通过对原始谱线数据进行逐段或逐点的降低，在保持谱线形状的同时使原始谱线降低至基线附近，以此达到扣除本底的效果。这种方式可以在一定程度上剔除本底数据，但并非根据本底产生的机理进行扣除，扣除结果受人为因素影响显著。同时在月表伽玛能谱处理中，传统方法多用于对某一经纬度范围内采样数据的平均谱线进行处理，通过大量数据累加后计算均值以稀释异常数据的影响，使用这一处理方法进行累加的数据往往采样地点接近但采样时间不连续。而宇宙射线、仪器状态等因素造成的影响通常在时间尺度上连续，以经纬度范围计算均值后扣除本底的方法无法有效消除这些因素造成的干扰。
[0004]为避免上述技术问题，确有必要提供一种基于多元统计分析的嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法以克服现有技术中的所述缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于多元统计分析的嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法，旨在解决在一般的伽玛谱数据处理流程中常用的本底扣除方法扣除结果受人为因素影响显著，且累加的数据往往采样地点接近但采样时间不连续的问题。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种基于多元统计分析的嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法，包括以下步骤：步骤一：导入嫦娥二号任意轨道伽玛谱原始数据，数据格式为2C，每次使用的数据至少包括一条轨道数据量，即2000条以上，剔除各数据的头文件，并将格式转化为MATLAB可直接读取的数据格式；步骤二：对步骤一中的数据进行前处理，剔除谱线对应的质量标志位（第521位）不为0的无效探测数据；步骤三：将步骤二中剩余的数据保留经度、纬度以及能谱数据；步骤四：随机选取若干条谱线进行累加获得标准谱，以此为基础对步骤三得到的数据进行谱漂校正；步骤五：将步骤四得到的数据进行宇宙射线校正；
步骤六：将步骤五得到的数据逐点计算获得本底数据；步骤七：将步骤六得到的数据进行马氏距离离群值的迭代判别与剔除；求解原理是：马氏距离是一种有效的计算两个未知样品集相似度的方法，其考虑到各种特性之间的联系，且与尺度无关，即独立于测量尺度。同时马氏距离在计算中考虑了各自变量之间的线性相关关系，可以排除变量之间相关性的干扰。因此在鉴别离群值时，一个马氏距离较大的样品必然属于离群值。本程序首先通过获取原始数据的样品数和变量数，计算其马氏距离临界值，随后计算原始数据协方差的特征值与特征向量，将原始数据中心化后计算主轴变量，对主轴变量进行运算获得马氏距离，再依据马氏距离临界值筛选离群数据，将筛选后的数据剔除并迭代运算直到不存在离群值。对最后获得的数据逐道计算均值，可以获得对应轨道数据的稳定性本底。
[0007]步骤八：将步骤七剔除离群值后的数据计算均值，获得该轨道数据的稳定本底，将步骤五得到的数据逐点逐道扣除稳定本底；步骤九：输出所计算轨道伽玛能谱扣除本底后数据。
[0008]进一步的技术方案，步骤三中，能谱数据具体为全部512道的伽玛谱线。
[0009]进一步的技术方案，步骤六中，采用傅里叶变换将步骤五得到的数据进行逐点计算。
[0010]求解原理是：傅里叶变换是一种将信号在时间域和频率域相互变换的算法。嫦娥二号探测使用的伽玛能谱仪，其测量得到的伽玛能谱由全能峰和散射本底两部分组成，散射本底由探测器和周边环境散射形成，特点是变化缓慢频率较低；全能峰相对于散射本底变化剧烈，频率成分较高，故对原始谱线进行傅里叶变换后提取出低频率谱即可得到伽玛能谱的散射本底。而根据采样定理，fft能分辨的最高频率为采样频率的一半（即Nyquist频率），函数fft返回值是以Nyqusit频率为轴对称的。fft得到的数据结果前半与后半是复数共轭关系，信息是重复的。通过fft函数返回对应点位数据的傅里叶变换，通过验证后的滤波器对傅里叶变换后的数据进行滤波处理，得到其低频率谱，将低频率谱进行反变换，得到时间域的低频率谱线。将低频率谱线与原始谱线逐道数据对比，保留数值更小的数据作为本底，迭代处理至本底趋向于稳定，即可得到该点位的本底数据。
[0011]相较于现有技术，本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术提供的一种基于多元统计分析的嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法，保留经度、纬度及能谱数据这一流程主要用于剔除与本专利技术无关的数据，将待处理数据列数从521降低至514，减少内存占用，加快处理效率，同时使结果更加直观。
[0012]2、本专利技术提供的一种基于多元统计分析的嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法，谱漂校正用于解决嫦娥二号伽玛能谱获取过程中出现的谱线漂移现象，减少月表昼夜温差变化与仪器不稳定性等因素对谱线的干扰，进行谱漂校正可以将各样本的谱线调整至同一水平，降低特征峰偏移对稳定本底计算和扣除的影响。
[0013]3、本专利技术提供的一种基于多元统计分析的嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法，宇宙射线校正用于消除宇宙射线照射变化对月球伽玛射线的影响，在同一区域的不同时刻，宇宙射线作用产生的伽玛射线数量和强度不尽相同，在对数据进行本底估算前先消除这一误差，可以使最终计算结果更接近真实值；4、本专利技术提供的一种基于多元统计分析的嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法，可应用
于嫦娥二号已公布的伽马能谱2C级数据，同时应用本专利每次需使用一条运行轨道的全部伽玛谱线数据。通过本专利可以计算出嫦娥二号伽玛能谱各轨道原始数据的稳定本底并加以扣除，获得可以用以确定放射性元素特征峰和峰面积的伽玛谱线。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的结构示意图；图2为傅里叶变换计算本底模块图；图3为马氏距离迭代计算稳定本底模块图。
具体实施方式
[0015]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0016]以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述。
[0017]如图1所示，为本专利技术提供的一种基于多元统计分析的嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法，包括以下步骤：步骤一：导入嫦娥二号任意轨道伽玛谱原始数据，数据格式为2C，每次使用的数据至少包括一条轨道数据量，即2000条以上，剔除各数据的头文件，并将格式转化为MATLAB可直接读取的数据格式；步骤二：对步骤一中的数据进行前处理，剔除谱线对应的质量标志位（第521位）不为0的无效探测数据；步骤三：对步骤二中剩余的数据保留经度、纬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多元统计分析的嫦娥二号伽玛谱本底扣除方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：导入嫦娥二号任意轨道伽玛谱原始数据；步骤二：对步骤一中的数据进行前处理，剔除谱线对应的质量标志位不为0的无效探测数据；步骤三：将步骤二中剩余的数据保留经度、纬度以及能谱数据；步骤四：随机选取若干条谱线进行累加获得标准谱，以此为基础对步骤三得到的数据进行谱漂校正以消除谱线漂移现象的影响；步骤五：将步骤四得到的数据进行宇宙射线校正；步骤六：将步骤五得到的数据逐点计算获得本底数据；步骤七：将步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉岩，李政赫，汤肖丹，于千晴，李兵，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：