一种航空γ能谱数据融合处理方法和系统与流程

晶体价格相对昂贵，阵列式探测器难以实现大体积。但cebr3晶体探测器具有较优的能量分辨率，各单能γ射线的全能峰半高宽(fwhm)较窄，从而可实现能窗范围较窄的天然核素特征峰窗口；多道γ能谱特征峰窗口中计数由全能峰计数和康普顿散射本底计数组成，康普顿散射在多道γ能谱产生的本底计数是全能峰的主要干扰因素，而康普顿散射本底在多道谱中呈现连续分布，因此具有较优的能量分辨率的cebr3晶体探测器在较窄天然核素特征峰窗口中全能峰计数比例较高，康普顿散射本底计数对全能峰干扰较小，达到降低康普顿散射分布影响的效果，即cebr3晶体探测器各能窗中全能峰窗口中信噪比较优。
10.大体积nai(tl)闪烁体探测器较cebr3闪烁体探测器在全能峰探测效率方面具有优势，而cebr3闪烁体探测器较大体积nai(tl)闪烁体探测器在抑制康普顿散射本底方面具有优势，因此为最大程度发挥nai(tl)闪烁体探测器和cebr3闪烁体探测器在航空γ能谱测量中各自的优势，航空γ能谱测量系统可采用nai和cebr3组合探测器，从提高全能峰探测效率和抑制康普顿散射本底两方面来实现测量精度的提高；而nai和cebr3组合探测器在天然放射性核素测量过程中，两种探测器是分别获得每个测点的多道能谱数据，在后期处理过程中需将两种探测器的数据进行融合处理才能发挥组合探测器在航空γ能谱测量中的优势，获取更高精度的地面天然放射性核素k、u和th的含量。而现有技术中并没有相应的nai(tl)和cebr3组合探测器航空γ能谱测量数据融合处理方法。
11.缩略语和关键术语定义
12.γ能谱测量
13.γ能谱测量是利用γ能谱仪测量岩石或地层以及其他介质中放射性元素衰变放出的具有特定能量的γ射线，从而来测定辐射强度或放射性元素含量的一种方法。γ能谱测量方法可用来进行岩矿石样品分析，放射性矿产勘查，岩性分类和地质填图，水资源勘查，工程地质中裂隙和断层确定，与放射性元素共生的非放射性矿产或油气勘查，以及放射性辐射环境评价等。
14.航空γ能谱测量
15.航空γ能谱测量(airborne gamma-ray spectrometry survey)将航空γ能谱仪系统安装在飞机或其他飞行器中，是按设定比例尺的测线进行低空飞行，进行γ射线能谱测量。具有效率高、速度快、不受地形等因素限制、适合大面积普查的特点。
16.全能峰
17.单能γ射线光子进入闪烁体探测器后损失全部能量产生全能脉冲经幅度分析后在γ能谱仪获得的多道γ能谱谱线中形成的峰形，闪烁体探测器获取的γ射线全能峰反映了统计性质，符合正态分布，可用高斯函数来描述。
18.特征峰
19.不同放射性核素产生的特定能量的γ射线，不同能量的特征γ射线在γ能谱仪测量的多道谱线上形成的峰。由于γ射线进入闪烁体探测器产生光电效应、康普顿效应和电子对效应，在多道γ能谱谱线中特征峰包括全能峰和康普顿散射本底两部分，全能峰符合高斯型，康普顿散射本底可采用线性函数来描述，因此可用线性函数和高斯函数来描述特征峰。
20.能窗
21.闪烁体探测器测得的多道γ能谱数据解析一般采用能窗法，即在多道γ能谱中划
分出与目标探测核素的特征γ射线能量相对应的能窗范围，利用各能窗范围内积分计数与标准源的刻度关系，从而求得核素的含量，能窗选择应用能表征目标核素且能区别于其他核素特征峰。在天然放射性核素探测中，通常选取铀系的
214
bi的1.76mevγ射线特征峰能窗、钍系的
208
tl的2.62mevγ射线特征峰能窗和
40
k的1.46mev的γ射线特征峰能窗分别来测量铀(
238
u)、钍(
232
th)和钾(
40
k)的含量。


技术实现要素：

22.本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种航空γ能谱数据融合处理方法和系统。
23.为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
24.一种航空γ能谱数据融合处理方法，包括以下步骤：
25.一、数据融合
26.系统获取的钾窗、铀窗和钍窗的计数率分别为同步获取的nai(tl)探测器获取的相应能窗计数率与cebr3探测器获取的相应能窗计数率之和；
27.nai(tl)探测器各特征峰能窗计数率由能窗中全能峰计数率和康普顿散射本底计数率构成。为将nai(tl)探测器与cebr3探测器的能窗数据融合后统一处理，nai(tl)探测器的康普顿散射本底各能窗范围采用cebr3探测器所确定能窗范围；
28.各航空模型包括：本底模型、钾模型、铀模型、钍模型；
29.二、确定天然核素特征峰窗口范围；
30.2.1特征峰曲线拟合
31.在用于检定航空γ能谱仪的本底模型、钾模型、铀模型、钍模型上分别进行测量，同步获得nai(tl)和cebr3探测器两种512道γ能谱数据，进行平均处理获得归一到单个测量周期的512道能谱数据，即512道γ能谱计数率。分别对nai(tl)和cebr3两种探测器测得的钾模型上的512道能谱计数率扣除本底模型上的512道能谱计数率获得纯
40
k的512道γ能谱计数率；分别对nai(tl)和cebr3两种探测器测得的铀模型上的512道能谱计数率扣除本底模型上的512道能谱计数率获得纯铀镭系的512道γ能谱计数率；分别对nai(tl)和cebr3两种探测器测得的钍模型上的512道能谱计数率扣除本底模型上的512道能谱计数率获得纯钍系的512道γ能谱计数率。
32.用线性函数加高斯函数来描述512道γ能谱中
40
k的特征峰、
214
bi的特征峰和
208
tl的特征峰。
33.以道址作为自变量x，以道址x上计数率作为应变量y，分别对nai(tl)探测器和cebr3探测器获取的纯
40
k 512道γ能谱计数率中的特征峰、纯铀镭系512道γ能谱计数率中的特征峰、纯钍系512道γ能谱计数率中的特征峰采用线性函数加高斯函数进行最小二乘拟合；
34.2.2确定特征峰能窗范围
35.确定cebr3探测器和nai探测器的航空γ能谱数据各能窗范围，分别为:钾窗的起始道址，钾窗的结束道址；铀窗的起始道址，铀窗的结束道址；钍窗的起始道址，钍窗的结束道址。
36.三、确定康普顿散射系数；
37.航空γ能谱数据处理的能窗分别为钾窗、铀窗和钍窗，康普顿散射剥离系数是纯
40
k、纯铀镭、纯钍源在两个不同能窗中的计数率之比，分别采用α、β、γ、a、b和g来表示，其中α为纯钍源在铀窗和钍窗上的计数率之比；β为纯钍源在钾窗和钍窗上的计数率之比；γ为纯铀镭源在钾窗和铀窗上的计数率之比；a为纯铀镭源在钍窗和铀窗中的计数率之比，b为纯
40
k源在钍窗和钾窗上的计数率之比；g为纯
40
k源在铀窗和钾窗上的计数率之比。康普顿散射系数b和g均为0，计算剩余康普顿散射系数，公式如下：
[0038][0039][0040][0041][0042]
其中n
k,u
、n
u,u
、n
th,u
分别为航空模型坪纯铀镭源在钾窗、铀窗和钍窗上产生的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；n
k,th
、n
u,th
、n
th,th
分别为航空模型坪纯钍源在钾窗、铀窗和钍窗上产生的计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0043]
各能窗的计数率为nai(tl)探测器和cebr3探测器能窗计数率之和，为将两类探测器的能窗数据融合，nai(tl)探测器各能窗计数率视为能窗中全能峰计数率和康普顿散射本底计数率之和，其中纯铀镭源在nai(tl)探测器的钾窗和钍窗上无全能峰计数，只有康普顿散射本底计数；纯钍源在nai(tl)探测器的钾窗和铀窗上无全能峰计数，只有康普顿散射本底计数。求解康普顿散射系数所需各能窗计数率计算公式如下：
[0044][0045][0046][0047][0048][0049][0050]
公式中为航空模型坪纯铀镭源在nai(tl)探测器的铀窗中产生的全能峰计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为航空模型坪纯钍源在nai(tl)探测器的钍窗中产生的全能峰计数率，单位为计数每秒(s-1
)；分别为航空模型坪纯铀镭源在nai(tl)探测器的钾窗、铀窗和钍窗中产生的康普顿散射本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；分别为航空模型坪纯钍源在nai(tl)探测器的钾窗、铀窗和钍窗中产生的康普顿散射本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；分别为航空模型坪纯铀镭源在cebr3探测器的钾窗、铀窗和钍窗中产生的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；分别为航空模型坪纯钍源在cebr3探测器的钾窗、铀窗和钍窗中产生的
计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0051]
四、飞机本底及宇宙射线系数计算；
[0052]
飞机本底和宇宙射线系数的校准采用五个高高度飞行，每个高度飞行10分钟，获取的能谱数据来计算。
[0053]
对每个高高度上nai(tl)探测器获得512道能谱数据进行累加平均获得每个高高度上归一到单个测量周期的512道γ能谱计数率(h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)。
[0054]
对每个高高度上cebr3探测器获得512道能谱数据进行累加平均获得每个高度上归一到单个测量周期的512道γ能谱计数率单位为计数每秒(s-1
)。
[0055]
4.1分别对每个高高度上nai(tl)探测器512道能谱计数率降噪处理；
[0056]
4.2分别计算每个高高度上nai(tl)探测器512道能谱康普顿散射本底；
[0057]
4.3分别计算每个高高度上nai(tl)探测器钾窗、铀窗、钍窗计数率；
[0058]
4.4分别计算每个高高度上cebr3探测器钾窗、铀窗、钍窗计数率数据；
[0059]
4.5分别计算每个高高度上整套测量系统钾窗、铀窗和钍窗计数率；
[0060]
计算整套测量系统在高高度h上钾窗计数率单位为计数每秒(s-1
)，h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；
[0061]
计算整套测量系统在高高度h上铀窗计数率单位为计数每秒(s-1
)，h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；
[0062]
计算整套测量系统在高高度h上钍窗计数率单位为计数每秒(s-1
)，h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；
[0063]
4.6获取飞机本底及宇宙射线系数；
[0064]
所有高高度进行飞行测量，宇宙射线道中的计数率与各能窗的计数率呈线性关系；
[0065]
对每个高高度层的宇宙射线道的平均计数率和能窗计数率进行最小二乘法线性拟合，获得线性关系系数，即钾窗飞机本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；钾窗宇宙射线影响系数，无纲量；铀窗飞机本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；铀窗宇宙射线影响系数，无纲量；钍窗飞机本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；钍窗宇宙射线影响系数，无纲量。
[0066]
五、高度衰减系数及空中灵敏度计算
[0067]
5.1nai(tl)探测器各能窗计数率计算
[0068]
对动态带各个高度上nai(tl)探测器获得的水域部分和陆域部分512道谱数据分别进行累加平均获得每个高度水域上512道γ能谱平均计数率和陆域上512道γ能谱数据计数率表示nai(tl)探测器在动态带水域部分上空飞行高度为h获得的第i道γ能谱计数率，单位为计数每秒(s-1
)，表示nai(tl)探测器在动态带陆域部分上空飞行高度h获得的第i道γ能谱计数率，单位为计数每秒(s-1
)，其中h＝30、60、90、120、150、210、240、300，i＝1、2、3、...、511、512。
[0069]
和作差为nai(tl)探测器在高度h上获得动态带纯陆地放射性核素产生
的512道γ能谱中第i道的平均计数率单位为计数每秒(s-1
)：
[0070][0071]
将每个高度层上的512道γ能谱计数率采用4.1至4.3相同的处理方法，获得nai(tl)探测器在每个高度上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱各能窗计数率：
[0072]
为nai(tl)探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0073]
为nai(tl)探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0074]
为nai(tl)探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0075]
5.2cebr3探测器各能窗计数率计算
[0076]
对动态带各个高度上cebr3探测器获得的水域部分和陆域部分512道谱数据进行累加平均分别获得每个高度水域上512道γ能谱平均计数率和陆域上512道γ能谱数据计数率表示cebr3探测器在动态带水域部分上空飞行高度为h获得的第i道γ能谱计数率，表示cebr3探测器在动态带陆域部分上空飞行高度h获得的第i道γ能谱计数率，单位为计数每秒(s-1
)，其中h＝30、60、90、120、150、210、240、300，i＝1、2、3、...、511、512。
[0077]
和作差为cebr3探测器飞行高度h获得动态带纯陆地放射性核素产生的512道γ能谱中第i道的平均计数率单位为计数每秒(s-1
)：
[0078][0079]
将每个高度层上的512道γ能谱计数率采用4.4相同的处理方法，获得cebr3探测器在每个高度上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱各能窗计数率：
[0080]
为cebr3探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0081]
为cebr3探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0082]
为cebr3探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0083]
5.3整套测量系统各能窗计数率计算
[0084]
计算整套测量系统在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钾窗计数率单位为计数每秒(s-1
)；
[0085]
计算整套测量系统在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱铀窗计数率单位为计数每秒(s-1
)；
[0086]
计算整套测量系统在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钍窗计数率
单位为计数每秒(s-1
)；
[0087]
5.4高度衰减系数和空中灵敏度计算
[0088]
在动态带各高度上纯陆地放射性核素产生的各能窗计数率进行康普顿散射改正；
[0089]
利用30m、60m、90m、120m、150m、210m、240m、、300八个高度上获取的钾窗计数率、铀窗计数率和钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)，按e指数公式拟合就求得各能量窗的高度衰减系数μk、μu和μ
th
，单位为每米(m-1
)。
[0090]
5.5空中灵敏度计算
[0091]
计算120m高度空中系统各能窗灵敏度。
[0092]
六、测点数据的处理
[0093]
航空γ能谱测量过程中获得每个测点的nai(tl)探测器512道γ能谱计数率数据和cebr3探测器512道γ能谱计数率数据其中i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512。
[0094]
6.1nai(tl)探测器各能窗数据计算
[0095]
每个测点的nai(tl)探测器512道γ能谱计数率采用与4.1至4.3中每个高高度层上nai(tl)探测器的512道γ能谱计数率相同的处理方法，获得nai(tl)探测器在每个测点上各能窗计数率：
[0096]
为nai(tl)探测器在每个测点上获得的钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0097]
为nai(tl)探测器在每个测点上获得的铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0098]
为nai(tl)探测器在每个测点上获得的钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0099]
6.2cebr3探测器各能窗计数率计算
[0100]
将每个测点的cebr3探测器512道γ能谱计数率采用与4.4中每个高高度层上cebr3探测器的512道γ能谱计数率相同的处理方法，获得cebr3探测器在每个测点上各能窗计数率：
[0101]
为cebr3探测器在测点上获得的钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0102]
为cebr3探测器在测点上获得的铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0103]
为cebr3探测器在测点上获得的钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0104]
6.3整套测量系统各能窗计数率计算
[0105]
计算整套测量系统在各测点上获得的钾窗计数率nk，单位为计数每秒(s-1
)；
[0106]
计算整套测量系统在各测点上获得的铀窗计数率nu，单位为计数每秒(s-1
)；
[0107]
计算整套测量系统在各测点上获得的钍窗计数率n
th
，单位为计数每秒(s-1
)；
[0108]
6.4飞机本底及宇宙射线本底改正
[0109]
测点上各能窗计数率数据飞机本底及宇宙射线本底改正计算；
[0110]
6.5康普顿散射改正
[0111]
测点上各能窗计数率数据康普顿散射改正计算；
[0112]
6.6高度衰减改正
[0113]
计算将测点上各能窗计数率高度改正到120m高度计数率
[0114]
6.7放射性核素含量计算
[0115]
计算每个测点地面上钾、铀、钍含量，公式如下：
[0116][0117][0118][0119]qk q
u q
th
分别为测点处钾、铀和钍的含量，单位分别为
％
、ug/g和ug/g；和分别为钾窗、铀窗和钍窗在空中120m高度的灵敏度，单位分别为1/(s
·
％)、1/(s
·
ug/g)和1/(s
·
ug/g)；分别为经飞机本底、宇宙射线本底和康普顿散射改正及高度改正到空中120米高度的钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0120]
进一步地，步骤2.1中用线性函数加高斯函数来描述512道γ能谱中
40
k的1.46mev特征峰、
214
bi的1.76mev特征峰和
208
tl的2.62mev特征峰，高斯函数公式如下：
[0121][0122]
以道址作为自变量x，以各道上的计数率作为应变量y，分别对nai(tl)探测器和cebr3探测器获取的纯
40
k 512道γ能谱计数率中的1.46mev特征峰、纯铀镭系512道γ能谱计数率中的1.76mev特征峰、纯钍系512道γ能谱计数率中的2.62mev特征峰采用公式16表示的函数进行最小二乘拟合。获得如下公式17-22。
[0123][0124]
其中和分别为采用公式16函数拟合nai(tl)探测器纯
40
k 512道γ能谱计数率中
40
k的1.46mev特征峰的各项系数；
[0125][0126]
其中和分别为采用公式16函数拟合nai(tl)探测器纯铀镭系512道γ能谱计数率中
214
bi的1.76mev特征峰的各项系数；
[0127][0128]
其中和分别为采用公式16函数拟合nai(tl)探测器纯钍系512道γ能谱计数率中
208
tl的2.62mev特征峰获得的各项系数；
[0129]
[0130]
其中和分别为采用公式16函数拟合cebr3探测器纯
40
k 512道γ能谱计数率中
40
k的1.46mev特征峰获得的各项系数；
[0131][0132]
其中和分别为采用公式16函数拟合cebr3探测器获取纯铀镭系512道γ能谱计数率中
214
bi的1.76mev特征峰获得的各项系数；
[0133][0134]
其中和分别为采用公式16函数拟合cebr3探测器获取纯钍系512道γ能谱计数率中
208
tl的2.62mev特征峰获得的各项系数。
[0135]
进一步地，步骤2.2中特征峰能窗范围的确定
[0136]
cebr3探测器的航空γ能谱数据各能窗范围为:取整作为钾窗的起始道址道址取整作为钾窗的结束道址取整作为钾窗的结束道址取整作为铀窗的起始道址始道址取整作为铀窗的结束道址ch
cueed
；
[0137]
取整作为钍窗的起始道址取整作为钍窗的起始道址取整作为钍窗的结束道址
[0138]
nai(tl)探测器的航空γ能谱数据各能窗范围为:取整作为钾窗的起始道址始道址取整作为钾窗的结束道址取整作为钾窗的结束道址取整作为铀窗的起始道址起始道址取整作为铀窗的结束道址取整作为铀窗的结束道址取整作为钍窗的起始道址的起始道址取整作为钍窗的结束道址
[0139]
进一步地，步骤三中，
[0140]
3.1计算航空模型坪纯铀镭源在nai(tl)探测器的铀窗中产生的全能峰计数公式为：
[0141][0142]
式中和分别为公式18中采用线性函数加高斯函数公式拟合nai(tl)探测器纯铀镭系512道γ能谱计数率中
214
bi的1.76mev特征峰获得的系数，为铀窗的起始道址和为铀窗的结束道址。
[0143]
3.2计算航空模型坪纯钍源在nai(tl)探测器的钍窗中全能峰的计数率公式为：
[0144][0145]
式中和为公式19中采用线性函数加高斯函数公式拟合nai(tl)探测器纯钍系512道γ能谱计数率中
208
tl的2.62mev特征峰获得获得的系数；nai(tl)探测器的钍窗的起始道址。为nai(tl)探测器的钍窗的结束道址。
[0146]
3.3计算航空模型坪纯铀镭源在nai(tl)探测器的铀窗中产生的康普顿散射本底计数率公式为：
[0147][0148]
式中为公式18中采用线性函数加高斯函数公式拟合nai(tl)探测器纯铀镭系512道γ能谱计数率中
214
bi的1.76mev特征峰获得的系数；为cebr3探测器的铀窗的起始道址，为cebr3探测器的铀窗的结束道址。
[0149]
3.4计算航空模型坪纯钍源在nai(tl)探测器的钍窗中康普顿散射本底计数率公式为：
[0150][0151]
式中为公式19中采用线性函数加高斯函数公式拟合nai(tl)探测器纯钍系512道γ能谱计数率中
208
tl的2.62mev特征峰获得的系数；为cebr3探测器的钍窗的起始道址，为cebr3探测器的钍窗的结束道址。
[0152]
3.5计算在航空模型坪纯铀镭源上cebr3探测器铀窗计数率公式为：
[0153][0154]
式中和分别为公式21中采用线性函数加高斯函数公式拟合cebr3探测器获取纯铀镭系512道γ能谱计数率中
214
bi的1.76mev特征峰获得的系数，为cebr3探测器的铀窗的起始道址，为cebr3探测器的铀窗的结束道址。
[0155]
3.6计算在航空模型坪纯钍源上cebr3探测器钍窗计数率公式为：
[0156][0157]
式中和分别为公式22中采用线性函数加高斯函数公式拟合cebr3探测器获取纯钍系512道γ能谱计数率中
208
tl的2.62mev特征峰获得的系数，为cebr3探测器的钍窗的起始道址，为cebr3探测器的钍窗的结束道址。
[0158]
进一步地，4.1分别对每个高高度上nai(tl)探测器512道能谱计数率降噪处理，具体如下：
[0159]
分别将每个高高度上nai(tl)探测器的512道γ能谱计数率视为采样频率为1000hz的数字信号，采用通带频率为50hz、阻带频率为300hz的fir滤波器进行滤波，获得滤波后的512道γ能谱计数率(h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)。
[0160]
为实现滤波无相位位移，保证特征峰峰位无位移，对滤波后获得的512道γ能谱计数率进行转置，获取512道γ能谱计数率(h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)；
[0161]
将512道γ能谱计数率视为采样频率为1000hz的数字信号，采用通带频率为50hz、阻带频率为300hz的fir滤波器进行滤波，获得滤波后的512道γ能谱计数率r
ih
(h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)。
[0162]
512道γ能谱计数率r
ih
进行转置，获得各高高度上降噪滤波后的512道γ能谱计数率(h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)；
[0163]
进一步地，4.2分别计算每个高高度上nai(tl)探测器512道能谱康普顿散射本底，具体如下：
[0164]
将每个高高度层上nai(tl)探测器的512道γ能谱计数率采用4.1相似的处理流程，仅在fir滤波器参数上有差别，选择通带频率为30hz、阻带频率为300hz的fir滤波器进行滤波，获得每个高高度层上的512道γ能谱计数率
[0165]
(h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)；
[0166]
将每个高高度层上nai(tl)探测器的512道γ能谱计数率采用4.1相似的处理流程，仅在fir滤波器参数上有差别，选择通带频率为10hz、阻带频率为300hz的fir滤波器进行滤波，获得每个高度层上的512道γ能谱计数率(h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)；
[0167]
每个高高度层取的50至210道的能谱计数率数据作为对应道址的康普顿散射本底计数，取的211至512道的能谱计数率数据作为对应道址的本底计数，构成每个高度层从50道至512道的γ能谱康普顿散射本底计数率数据(h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)：
[0168]
以道址作为自变量x，以各道上康普顿散射本底计数率作为应变量y，分别对每个高高度层nai(tl)晶体探测器的50道至512道的γ能谱散射本底计数率采用幂函数y＝w
·
xm+t进行最小二乘拟合，获得各高高度层nai(tl)探测器50道至512道康普顿散射本底描述函数。
[0169]
进一步地，4.3分别计算每个高高度上nai(tl)探测器钾窗、铀窗、钍窗计数率，具体如下：
[0170]
4.3.1各高高度层上nai(tl)探测器钾窗计数率计算方法为公式：
[0171][0172]
式中为高高度为h的nai(tl)探测器钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为高高度为h的nai(tl)探测器钾窗中全能峰计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为高高度为h的nai(tl)探测器钾窗中康普顿散射本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；n
ih
为获取降噪滤波后高度h的nai(tl)探测器第i道γ能谱计数率，单位为计数每秒(s-1
)；wh、mh、th为高度为h的nai(tl)探测器50道至512道的γ能谱散射本底计数率幂函y＝w
·
xm+t拟合所得参数；为nai(tl)探测器钾窗范围起止道址，为cebr3探测器钾窗范围起止道址。
[0173]
4.3.2各高度层上nai(tl)探测器铀窗计数率计算方法为公式：
[0174][0175]
式中为高高度为h的nai(tl)探测器铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为高高度为h的nai(tl)探测器铀窗中全能峰计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为高高度为h的nai(tl)探测器铀窗中康普顿散射本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为降噪滤波后高高度为h的nai(tl)探测器的第i道γ能谱计数率，单位为计数每秒(s-1
)；wh、mh、th为高高度为h的nai(tl)探测器50道至512道的γ能谱散射本底计数率幂函y＝w
·
xm+t拟合所得参数；分别为nai(tl)探测器铀窗范围起止道址，分别为cebr3探测器铀窗范围起止道址。
[0176]
4.3.3各高度层上nai(tl)探测器钍窗计数率计算方法为公式：
[0177][0178]
式中为高高度为h的nai(tl)探测器钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为高高度为h的nai(tl)探测器钍窗中全能峰计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为高高度为h的nai(tl)探测器钍窗中康普顿散射本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；n
ih
为降噪滤波后高高度为h的nai(tl)探测器的第i道γ能谱计数率，单位为计数每秒(s-1
)；wh、mh、th为高高度为h的nai(tl)探测器50道至512道的γ能谱散射本底计数率幂函y＝w
·
xm+t拟合所得参数；分别为nai(tl)探测器钍窗范围起止道址，分别为cebr3探测器钍窗范围起止道址。
[0179]
进一步地，所述系统获取的钾窗、铀窗和钍窗的计数率分别为同步获取的nai(tl)探测器获取的相应能窗计数率与cebr3探测器获取的相应能窗计数率之和，计算公式如下：
[0180][0181][0182][0183]
nk、nu和n
th
分别为数据融合后整套测量系统的航空γ能谱钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；和分别为cebr3探测器航空γ能谱的钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；和分别为nai(tl)探测器航空γ能谱的钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0184]
本发明还公开了一种航空γ能谱数据融合处理系统，该系统能够用于实施上述的一种航空γ能谱数据融合处理方法，具体的，包括：数据融合模块、天然核素特征峰窗口范围确定模块、康普顿散射系数确定模块、计算模块和测点数据处理模块；
[0185]
数据融合模块：获取的钾窗、铀窗和钍窗的计数率；
[0186]
获取nai(tl)探测器各特征峰能窗计数率。为将nai(tl)探测器与cebr3探测器的能窗数据融合后统一处理，nai(tl)探测器的康普顿散射本底各能窗范围采用cebr3探测器所确定能窗范围；
[0187]
天然核素特征峰窗口范围确定模块：用于确定天然核素特征峰窗口范围；
[0188]
康普顿散射系数确定模块：用于确定康普顿散射系数；
[0189]
计算模块：用于计算飞机本底、宇宙射线系数、高度衰减系数和空中灵敏度；
[0190]
测点数据处理模块；用于测点数据的处理。将两类探测器各能窗计数率数据进行合并，再采用统一的改正系数对合并后能窗数据进行处理，获取最终的天然核素含量值。
[0191]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0192]
实现对同步获取的nai(tl)探测器航空γ能谱数据和cebr3探测器航空γ能谱测量数据的融合处理，发挥大体积nai(tl)探测器高探测效率和cebr3探测器高能量分辨率的双重优势，达到高效率全能峰探测及非全能峰贡献(康普顿散射本底)抑制的双重目标，有效提高整套系统航空γ能谱天然核素测量过程的信噪比，实现天然放射性核素高精度航空测量。
附图说明
[0193]
图1是本发明实施例一种航空γ能谱数据融合处理方法流程图；
[0194]
图2是本发明实施例nai(tl)探测器纯
40
k 512道γ能谱谱线及1.46mev特征峰拟合曲线图；
[0195]
图3是本发明实施例nai(tl)探测器纯铀镭系512道γ能谱谱线及1.76mev特征峰拟合曲线图；
[0196]
图4是本发明实施例nai(tl)探测器纯钍系512道γ能谱谱线及2.62mev特征峰拟合曲线图；
[0197]
图5是本发明实施例cebr3探测器纯
40
k 512道γ能谱谱线及1.46mev特征峰拟合曲线图；
[0198]
图6是本发明实施例cebr3探测器纯铀镭系512道γ能谱谱线及1.76mev特征峰拟
合曲线图；
[0199]
图7是本发明实施例cebr3探测器纯钍系512道γ能谱谱线及2.62mev特征峰拟合曲线图；
[0200]
图8是本发明实施例nai(tl)探测器512道γ能谱数据降噪滤波处理流程图；
[0201]
图9是本发明实施例nai(tl)探测器512道γ能谱数据滤波处理流程图(通带频率为30hz)；
[0202]
图10是本发明实施例nai(tl)探测器512道γ能谱数据滤波处理流程图(通带频率为10hz)；
[0203]
图11是本发明实施例nai(tl)探测器512道γ能谱数据各处理谱图。
具体实施方式
[0204]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
[0205]
如图1所示，一种航空γ能谱数据融合处理方法流程如下：
[0206]
一、数据融合
[0207]
为充分利用nai(tl)探测器与cebr3探测器各自在航空γ能谱测量中的优势，实现将nai(tl)探测器与cebr3探测器同步获取的航空γ能谱数据最终转换为的天然放射性核素含量，需将nai(tl)探测器与cebr3探测器同步测量获得的航空γ能谱数据融合处理，即将nai(tl)探测器天然核素各特征峰能窗计数率与cebr3天然核素各特征峰能窗计数率合并后进行统一处理。
[0208]
航空γ能谱整套测量系统获取的钾窗、铀窗和钍窗的计数率分别为同步获取的nai(tl)探测器获取的相应能窗计数率与cebr3探测器获取的相应能窗计数率之和，如式1-式3：
[0209][0210][0211][0212]
nk、nu和n
th
分别为数据融合后整套测量系统的航空γ能谱钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；和分别为cebr3探测器航空γ能谱的钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；和分别为nai(tl)探测器航空γ能谱的钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0213]
nai(tl)探测器各特征峰能窗计数率由能窗中全能峰计数率和康普顿散射本底计数率构成。为将nai(tl)探测器与cebr3探测器的能窗数据融合后统一处理，nai(tl)探测器的康普顿散射本底各能窗范围采用cebr3探测器所确定能窗范围，如式4-式6：
[0214][0215][0216]
[0217]
和分别为nai(tl)探测器航空γ能谱数据的钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；和分别为nai(tl)探测器航空γ能谱数据的钾窗、铀窗和钍窗中全能峰的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0218]
和分别为cebr3探测器钾窗、铀窗和钍窗所对应能窗范围内nai(tl)探测器γ能谱康普顿散射本底的计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0219]
二、天然核素特征峰窗口范围的确定
[0220]
2.1特征峰曲线拟合
[0221]
在用于检定航空γ能谱仪的本底模型、钾模型、铀模型、钍模型上分别进行5分钟测量，同步获得nai(tl)和cebr3探测器两种512道γ能谱数据，进行平均处理获得归一到单个测量周期(1秒)的512道能谱数据，即512道γ能谱计数率。分别对nai(tl)和cebr3两种探测器测得的钾模型上的512道能谱计数率扣除本底模型上的512道能谱计数率获得纯
40
k的512道γ能谱计数率(公式7和公式10)；分别对nai(tl)和cebr3两种探测器测得的铀模型上的512道能谱计数率扣除本底模型上的512道能谱计数率获得纯铀镭系的512道γ能谱计数率(公式8和公式11)；分别对nai(tl)和cebr3两种探测器测得的钍模型上的512道能谱计数率扣除本底模型上的512道能谱计数率获得纯钍系的512道γ能谱计数率(公式9和公式12)。
[0222][0223][0224][0225]
公式7-9中和分别为nai(tl)探测器获取的纯
40
k、纯铀镭系、纯钍系的512道γ能谱中第i道计数率(i＝1,2,3,
…
,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)；和分别为nai(tl)探测器在钾模型、铀模型和钍模型上测得的512道能谱数据中第i道计数率(i＝1,2,3,
…
,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)；为nai(tl)探测器在本底模型上测得的512道能谱数据中第i道计数率(i＝1,2,3,
…
,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)。
[0226][0227][0228][0229]
公式10-12中和分别为cebr3晶体探测器获取的纯
40
k、纯铀镭系、纯钍系的512道γ能谱中第i道计数率(i＝1,2,3,
…
,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)；和分别为cebr3探测器在钾模型、铀模型和钍模型上测得的512道能谱数据中第i道计数率(i＝1,2,3,
…
,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)；为cebr3探测器在本底模型上测得的512道能谱数据中第i道计数率(i＝1,2,3,
…
,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)。
[0230]
多道γ能谱中特征峰计数包括全能峰计数和康普顿散射本底计数。单能射线γ光
子进入闪烁体后损失全部能量产生的全能脉冲呈高斯型幅度分布，闪烁晶体探测器获取的γ射线全能峰反映了统计性质，符合正态分布，采用高斯函数来描述；康普顿散射本底包括高能γ射线康普顿散射贡献及其本身的康普顿散射贡献，采用线性函数来描述；因此用线性函数加高斯函数(公式13)来描述512道γ能谱中
40
k的1.46mev特征峰、
214
bi的1.76mev特征峰和
208
tl的2.62mev特征峰。
[0231][0232]
以道址作为自变量x，以各道上的计数率作为应变量y，分别对nai(tl)探测器和cebr3探测器获取的纯
40
k 512道γ能谱计数率中的1.46mev特征峰、纯铀镭系512道γ能谱计数率中的1.76mev特征峰、纯钍系512道γ能谱计数率中的2.62mev特征峰采用公式13表示的函数进行最小二乘拟合，获得如下公式14-19，拟合结果如图2至7。
[0233][0234]
其中和分别为采用公式13函数拟合nai(tl)探测器纯
40
k 512道γ能谱计数率中
40
k的1.46mev特征峰的各项系数；
[0235][0236]
其中和分别为采用公式13函数拟合nai(tl)探测器纯铀镭系512道γ能谱计数率中
214
bi的1.76mev特征峰的各项系数；
[0237][0238]
其中和分别为采用公式13函数拟合nai(tl)探测器纯钍系512道γ能谱计数率中
208
tl的2.62mev特征峰获得的各项系数；
[0239][0240]
其中和分别为采用公式13函数拟合cebr3探测器纯
40
k 512道γ能谱计数率中
40
k的1.46mev特征峰获得的各项系数；
[0241][0242]
其中和分别为采用公式13函数拟合cebr3探测器获取纯铀镭系512道γ能谱计数率中
214
bi的1.76mev特征峰获得的各项系数；
[0243][0244]
其中和分别为采用公式13函数拟合cebr3探测器获取纯钍系512道γ能谱计数率中
208
tl的2.62mev特征峰获得的各项系数。
[0245]
2.2特征峰能窗范围的确定
[0246]
cebr3探测器的航空γ能谱数据各能窗范围为:取整作为钾窗的起始道址(公式20)，取整作为钾窗的结束道址(公式21)；取整作为铀窗的起始道址(公式22)，取整作为铀窗的结束道址(公式23)；取整作为钍窗的起始道址(公式24)，取整作为钍窗的结束道址(公式25)。
[0247][0248][0249][0250][0251][0252][0253]
nai探测器的航空γ能谱数据各能窗范围为:取整作为钾窗的起始道址(公式26)，取整作为钾窗的结束道址(公式27)；取整作为铀窗的起始道址(公式28)，取整作为铀窗的结束道址(公式29)；取整作为钍窗的起始道址(公式30)，取整作为钍窗的结束道址(公式31)。
[0254][0255][0256][0257][0258][0259][0260]
三、康普顿散射系数的确定
[0261]
航空γ能谱数据处理的能窗分别为钾窗、铀窗和钍窗，康普顿散射剥离系数是纯
40
k、纯铀镭、纯钍源在两个不同能窗中的计数率之比，分别采用α、β、γ、a、b和g来表示，其中α为纯钍源在铀窗和钍窗上的计数率之比；β为纯钍源在钾窗和钍窗上的计数率之比；γ为纯铀镭源在钾窗和铀窗上的计数率之比；a为纯铀镭源在钍窗和铀窗中的计数率之比，b为纯
40
k源在钍窗和钾窗上的计数率之比；g为纯
40
k源在铀窗和钾窗上的计数率之比。由于纯
40
k源只辐射1.46mev一种能量γ射线，因此纯
40
k源在铀窗和钍窗中无计数，康普顿散射系数b和g均为0，其他康普顿散射系数计算公式如下：
[0262][0263][0264][0265][0266]
其中n
k,u
、n
u,u
、n
th,u
分别为航空模型坪纯铀镭源在钾窗、铀窗和钍窗上产生的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；n
k,th
、n
u,th
、n
th,th
分别为航空模型坪纯钍源在钾窗、铀窗和钍窗上产生的计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0267]
各能窗的计数率为nai探测器和cebr3探测器能窗计数率之和，为将两类探测器的能窗数据融合，nai(tl)探测器各能窗计数率视为能窗中全能峰计数率和康普顿散射本底计数率之和，其中纯铀镭源在nai(tl)探测器的钾窗和钍窗上无全能峰计数，只有康普顿散射本底计数；纯钍源在nai(tl)探测器的钾窗和铀窗上无全能峰计数，只有康普顿散射本底计数。求解康普顿散射系数所需各能窗计数率计算公式36-41如下：
[0268][0269][0270][0271][0272][0273][0274]
公式36-41中为航空模型坪纯铀镭源在nai(tl)探测器的铀窗中产生的全能峰计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为航空模型坪纯钍源在nai(tl)探测器的钍窗中产生的全能峰计数率，单位为计数每秒(s-1
)；分别为航空模型坪纯铀镭源在nai(tl)探测器的钾窗、铀窗和钍窗中产生的康普顿散射本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；分别为航空模型坪纯钍源在nai(tl)探测器的钾窗、铀窗和钍窗中产生的康普顿散射本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；分别为航空模型坪纯铀镭源在cebr3探测器的钾窗、铀窗和钍窗中产生的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；)；分别为航空模型坪纯钍源在cebr3探测器的钾窗、铀窗和钍窗中产生的计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0275]
1)航空模型坪纯铀镭源在nai(tl)探测器的铀窗中产生的全能峰计数率计算方法为公式42：
[0276][0277]
式中和为2.1中拟合公式15中系数，和为2.2中公式28和公式29确定的nai(tl)探测器的铀窗的起止道址。
[0278]
2)航空模型坪纯钍源在nai(tl)探测器的钍窗中全能峰的计数率计算方法为公式43：
[0279][0280]
式中和为2.1中拟合公式16中系数，和为2.2中公式30和公式31确定的nai(tl)探测器的钍窗的起止道址。
[0281]
3)航空模型坪纯铀镭源在nai(tl)探测器的铀窗中产生的康普顿散射本底计数率计算方法为公式44：
[0282][0283]
式中为2.1中拟合公式15中系数，和为2.2中公式22和公式23确定的cebr3探测器的铀窗的起止道址。
[0284]
4)航空模型坪纯钍源在nai(tl)探测器的钍窗中康普顿散射本底计数率计算方法为公式45：
[0285][0286]
式中为2.1中拟合公式16中系数，和为2.2中公式24和公式25确定的cebr3探测器的钍窗的起止道址。
[0287]
5)航空模型坪纯铀镭源在nai(tl)探测器的钾窗中康普顿散射本底计数率计算方法为公式46：
[0288][0289]
式中为2.1中公式8计算所得的nai(tl)探测器纯铀镭系的512道γ能谱中第j道计数率，和为2.2中公式20和公式21确定的cebr3探测器的钾窗的起止道址。
[0290]
6)航空模型坪纯铀镭源在nai(tl)探测器的钍窗中康普顿散射本底计数率计算方法为公式47：
[0291]
[0292]
式中为2.1中公式8计算所得的nai(tl)探测器纯铀镭系的512道γ能谱中第j道计数率，和为2.2中公式24和公式25确定的cebr3探测器的钍窗的起止道址。
[0293]
7)航空模型坪纯钍源在nai(tl)探测器的钾窗中康普顿散射本底的计数率计算方法为公式48：
[0294][0295]
式中为2.1中公式9计算所得的nai(tl)探测器纯钍系的512道γ能谱中第j道计数率，和为2.2中公式20和公式21确定的cebr3探测器的钾窗的起止道址。
[0296]
8)航空模型坪纯钍源在nai(tl)探测器的铀窗中康普顿散射本底的计数率计算方法为公式49：
[0297][0298]
式中为2.1中公式9计算所得的nai(tl)探测器纯钍系的512道γ能谱中第j道计数率，和为2.2中公式22和公式23确定的cebr3探测器的铀窗的起止道址。
[0299]
9)在航空模型坪纯铀镭源上cebr3探测器铀窗计数率计算方法为公式50：
[0300][0301]
式中和为2.1中拟合公式18中系数，和为2.2中公式22和公式23确定的cebr3探测器的铀窗的起止道址。
[0302]
10)在航空模型坪纯钍源上cebr3探测器钍窗计数率计算方法为公式51：
[0303][0304]
式中和为2.1中拟合公式19中系数，和为2.2中公式24和公式25确定的cebr3探测器的钍窗的起止道址。
[0305]
11)在航空模型坪纯铀镭源上cebr3探测器钾窗计数率计算方法为公式52：
[0306][0307]
式中为2.1中公式11计算所得的cebr3探测器纯铀镭系的512道γ能谱中第j道计数率，和为2.2中公式20和公式21确定的cebr3探测器的钾窗的起止道址。
[0308]
12)在航空模型坪纯铀镭源上cebr3探测器钍窗计数率计算方法为公式53：
[0309][0310]
式中为2.1中公式11计算所得的cebr3探测器纯铀镭系的512道γ能谱中第j道计数率，和为2.2中公式24和公式25确定的cebr3探测器的钍窗的起止道址。
[0311]
13)在航空模型坪纯钍源上cebr3探测器钾窗计数率计算方法为公式54：
[0312][0313]
式中为2.1中公式12计算所得的cebr3探测器纯钍系的512道γ能谱中第j道计数率，和为2.2中公式20和公式21确定的cebr3探测器的钾窗的起止道址。
[0314]
14)在航空模型坪纯钍源上cebr3探测器铀窗计数率计算方法为公式55：
[0315][0316]
式中为2.1中公式12计算所得的cebr3探测器纯钍系的512道γ能谱中第j道计数率，和为2.2中公式22和公式23确定的cebr3探测器的铀窗的起止道址。
[0317]
四、飞机本底及宇宙射线系数计算
[0318]
飞机本底和宇宙射线系数的校准采用3000m、3300m、3600m、3900m和4200m五个高高度飞行，每个高高度飞行10分钟，获取的能谱数据来计算。
[0319]
对每个高高度上nai(tl)探测器获得512道能谱数据进行累加平均获得每个高度上归一到单个测量周期(1秒)的512道γ能谱计数率(i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512；h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200)，单位为计数每秒(s-1
)。
[0320]
对每个高高度上cebr3探测器获得512道能谱数据进行累加平均获得每个高高度上归一到单个测量周期(1秒)的512道γ能谱计数率(i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512；h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200)，单位为计数每秒(s-1
)。
[0321]
4.1每个高高度上nai(tl)探测器512道能谱计数率降噪处理方法(如图8)
[0322]
分别将每个高高度上nai(tl)探测器的512道γ能谱计数率视为采样频率为1000hz的数字信号，采用通带频率为50hz、阻带频率为300hz的fir滤波器进行滤波，获得滤波后的512道γ能谱计数率(h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512)。
[0323]
为实现滤波无相位位移，保证特征峰峰位无位移，对滤波后获得的512道γ能谱计数率进行转置，获取512道γ能谱计数率(h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)，见公式56。
[0324][0325]
将512道γ能谱计数率视为采样频率为1000hz的数字信号，采用通带频率为
50hz、阻带频率为300hz的fir滤波器进行滤波，获得滤波后的512道γ能谱计数率r
ih
，单位为计数每秒(s-1
)。
[0326]
512道γ能谱计数率r
ih
进行转置，获得各高高度上降噪滤波后的512道γ能谱计数率单位为计数每秒(s-1
)，见公式57。
[0327][0328]
4.2每个高高度上nai(tl)探测器512道能谱康普顿散射本底计算
[0329]
将每个高高度nai(tl)探测器的512道γ能谱计数率采用4.1相似的处理流程，仅在fir滤波器参数上有差别，选择通带频率为30hz、阻带频率为300hz的fir滤波器进行滤波，获得新的512道γ能谱计数率(h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)，处理流程见图9。
[0330]
将每个高高度层上nai(tl)探测器的512道γ能谱计数率采用4.1相似的处理流程，仅在fir滤波器参数上有差别，选择通带频率为10hz、阻带频率为300hz的fir滤波器进行滤波，获得每个高高度层上的512道γ能谱计数率(h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512)，处理流程见图10。
[0331]
每个高高度层取的50至210道的能谱计数率数据作为对应道址的康普顿散射本底计数，取的211至512道的能谱计数率数据作为对应道址的本底计数，构成每个高高度层从50道至512道的γ能谱康普顿散射本底计数率数据，公式58和59：
[0332][0333][0334]
如图11所示，以道址作为自变量x，以各道上康普顿散射本底计数率作为应变量y，分别对每个高高度层nai(tl)晶体探测器的50道至512道的γ能谱散射本底计数率采用幂函数y＝w
·
xm+t进行最小二乘拟合，获得拟合公式60，作为50道至512道康普顿散射本底描述函数。
[0335][0336]
其中wh、mh、th为各高度数据拟合获得参数，其中h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200。
[0337]
4.3每个高高度上nai(tl)探测器钾窗、铀窗、钍窗计数率计算
[0338]
nai(tl)探测器各能窗计数率为能窗中全能峰计数率和康普顿散射本底计数率之和，其中各能窗康普顿散射本底的范围采用cebr3探测器所确定能窗范围。
[0339]
1)各高高度层上nai(tl)探测器钾窗计数率计算方法为公式61：
[0340][0341]
式61中为高度为h的nai(tl)探测器钾窗计数率；为高度为h的nai(tl)探测器钾窗中全能峰计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为高度为h的nai(tl)探测器钾窗
中康普顿散射本底计数率；为4.1中公式57获取降噪滤波后高度h的nai(tl)探测器第i道γ能谱计数率；wh、mh、th为4.2中高度为h的nai(tl)探测器50道至512道的γ能谱散射本底计数率幂函y＝w
·
xm+t拟合所得参数；分别为2.2中确定的nai(tl)探测器钾窗范围起止道址，分别为2.2中确定的cebr3探测器钾窗范围起止道址。
[0342]
(2)各高高度层上nai(tl)探测器铀窗计数率计算方法为公式62：
[0343][0344]
式62中为高度为h的nai(tl)探测器铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为高度为h的nai(tl)探测器铀窗中全能峰计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为高度为h的nai(tl)探测器铀窗中康普顿散射本底计数率；为4.1中公式57获取降噪滤波后高度为h的nai(tl)探测器的第i道γ能谱计数率；wh、mh、th为4.2中高度为h的nai(tl)探测器50道至512道的γ能谱散射本底计数率幂函y＝w
·
xm+t拟合所得参数；分别为2.2中确定的nai(tl)探测器铀窗范围起止道址，分别为2.2中确定的cebr3探测器铀窗范围起止道址。
[0345]
3)各高高度层上nai(tl)探测器钍窗计数率计算方法为公式63：
[0346][0347]
式63中为高度为h的nai(tl)探测器钍窗计数率；为高度为h的nai(tl)探测器钍窗中全能峰计数率；为高度为h的nai(tl)探测器钍窗中康普顿散射本底计数率；为4.1中公式57获取降噪滤波后高度为h的nai(tl)探测器的第i道γ能谱计数率；wh、mh、th为4.2中高度为h的nai(tl)探测器50道至512道的γ能谱散射本底计数率幂函y＝w
·
xm+t拟合所得参数；分别为2.2中确定的nai(tl)探测器钍窗范围起止道址，分别为2.2中确定的cebr3探测器钍窗范围起止道址。
[0348]
4.4每个高高度上cebr3探测器各能窗计数率数据计算
[0349]
分别将每个高高度上cebr3探测器的512道γ能谱计数率数据采用4.1中nai(tl)探测器512道能谱计数率降噪滤波计算方法获得cebr3探测器降噪滤波后的512道γ能谱计数率(h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512)，单位为计数每秒(s-1
)。
[0350]
(1)各高高度层上cebr3探测器钾窗计数率计算方法为公式64：
[0351][0352]
式64中为高度为h的cebr3探测器钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；分别为2.2中确定的cebr3探测器钾窗范围起止道址。
[0353]
(2)各高高度层上cebr3探测器铀窗计数率计算方法为公式65：
[0354][0355]
式65中为高度为h的cebr3探测器铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；分别为2.2中确定的cebr3探测器铀窗范围起止道址。
[0356]
(3)各高高度层上cebr3探测器钍窗计数率计算方法为公式66：
[0357][0358]
式66中为高度为h的cebr3探测器钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；分别为2.2中确定的cebr3探测器钍窗范围起止道址。
[0359]
4.5每个高高度上整套测量系统各能窗计数率计算
[0360]
(1)整套测量系统在高高度h上钾窗计数率计算公式为式67
[0361][0362]
其中为高度为h的nai(tl)探测器钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)，为高度为h的cebr3探测器钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0363]
(2)整套测量系统在高高度h上铀窗计数率计算公式为式68
[0364][0365]
其中为高度为h的nai(tl)探测器铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)，为高度为h的cebr3探测器铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0366]
(3)整套测量系统在高高度h上钍窗计数率计算公式为式69
[0367][0368]
其中为高度为h的nai(tl)探测器钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)，为高度为h的cebr3探测器钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0369]
4.6飞机本底及宇宙射线系数
[0370]
在进行高高度飞行测量时，宇宙射线道中的计数率与各能窗的计数率呈线性关系(公式70-72)：
[0371][0372][0373][0374]
分别为4.5中整套测量系统在高高度h上钾窗、铀窗、钍窗的平均计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为在高高度h上宇宙射线道的平均计数率，单位为计数每秒(s-1
)；ak和bk为宇宙射线道平均计数率与钾窗平均计数率呈线性关系的系数；au和bu为宇宙射线道平均计数率与铀窗平均计数率呈线性关系的系数；a
th
和b
th
为宇宙射线道平均计数
率与钍窗平均计数率呈线性关系的系数。
[0375]
对五个高高度层(3000、3300、3600、3900和4200)的宇宙射线道的平均计数率和能窗计数率进行最小二乘法线性拟合，获得上述线性关系系数，即ak为钾窗飞机本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；bk为钾窗宇宙射线影响系数，无纲量；au为铀窗飞机本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；bu为铀窗宇宙射线影响系数，无纲量；a
th
为钍窗飞机本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；b
th
为钍窗宇宙射线影响系数，无纲量。
[0376]
五、高度衰减系数及空中灵敏度计算
[0377]
通过动态测试带来确定高度衰减系数和空中窗灵敏度。动态测试是在动态测试带上空30m、60m、90m、120m、150m、210m、240m、300m的8个不同高度飞行测试，动态测试包括水域和相邻的陆地两部分。
[0378]
5.1nai(tl)探测器各能窗计数率计算
[0379]
对动态带各个高度上nai(tl)探测器获得的水域部分和陆域部分512道谱数据分别进行累加平均获得每个高度水域上512道γ能谱平均计数率和陆域上512道γ能谱数据计数率数据计数率表示nai(tl)探测器在动态带水域部分上空飞行高度为h获得的第i道γ能谱计数率，单位为计数每秒(s-1
)，表示nai(tl)探测器在动态带陆域部分上空飞行高度h获得的第i道γ能谱计数率，单位为计数每秒(s-1
)，其中h＝30、60、90、120、150、210、240、300，i＝1、2、3、...、511、512。
[0380]
和作差为nai(tl)探测器在高度h上获得动态带纯陆地放射性核素产生的512道γ能谱中第i道的平均计数率单位为计数每秒(s-1
)：
[0381][0382]
将每个高度层上的512道γ能谱计数率采用4.1至4.3相同的处理方法，获得nai(tl)探测器在每个高度上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱各能窗计数率：
[0383]
为nai(tl)探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0384]
为nai(tl)探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0385]
为nai(tl)探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0386]
5.2cebr3探测器各能窗计数率计算
[0387]
对动态带各个高度上cebr3探测器获得的水域部分和陆域部分512道谱数据进行累加平均分别获得每个高度水域上512道γ能谱平均计数率和陆域上512道γ能谱数据计数率据计数率表示cebr3探测器在动态带水域部分上空飞
[0388]
行高度为h获得的第i道γ能谱计数率，表示cebr3探测器在动态带陆域部分上空飞行高度h获得的第i道γ能谱计数率，单位为计数每秒(s-1
)，其中h＝30、60、90、120、150、210、240、300，i＝1、2、3、...、511、512。
[0389]
和作差为cebr3探测器飞行高度h获得动态带纯陆地放射性核素产生的512道γ能谱中第i道的平均计数率单位为计数每秒(s-1
)：
[0390][0391]
将每个高度层上的512道γ能谱计数率采用4.4相同的处理方法，获得cebr3探测器在每个高度上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱各能窗计数率：
[0392]
为cebr3探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0393]
为cebr3探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0394]
为cebr3探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0395]
5.3整套测量系统各能窗计数率计算
[0396]
整套测量系统在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钾窗计数率计算公式为式75，其中h＝30、60、90、120、150、210、240、300。
[0397][0398]
整套测量系统在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱铀窗计数率计算公式为式76，其中h＝30、60、90、120、150、210、240、300。
[0399][0400]
整套测量系统在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钍窗计数率计算公式为式77，其中h＝30、60、90、120、150、210、240、3。
[0401][0402]
5.4高度衰减系数和空中灵敏度计算
[0403]
整套测量系统在动态带各高度上纯陆地放射性核素产生的各能窗计数率进行康普顿散射改正公式为式78-80：
[0404][0405][0406][0407]
其中分别为系统在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的经过康普顿散射改正后的钾窗、铀窗和钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；α、β、γ、a为步骤三中获得的康普顿散射系数，无纲量。
[0408]
动态带纯陆地放射性核素产生的经过康普顿散射改正后的钾窗计数率铀窗计数率和钍窗计数率随高度h(单位为米)的变换呈e指数关系变化：
[0409][0410][0411][0412]
其中分别为空中120m高度纯陆地放射性核素产生的经过康普顿散射改正后的钾窗计数率、铀窗计数率和钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；μk、μu、μ
th
分别为钾窗计数率、铀窗计数率和钍窗计数率高度衰减系数，单位为每米(m-1
)；
[0413]
利用30m、60m、90m、120m、150m、210m、240m、300m八个高度上获取的经过康普顿散射改正后的钾窗计数率、铀窗计数率和钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)，分别以经过康普顿散射改正后的各能窗计数率为因变量，以高度h为自变量，按e指数公式拟合就可求得各能量窗的高度衰减系数μk、μu和μ
th
，单位为每米(m-1
)，以及120m高度纯陆地放射性核素产生的经过康普顿散射改正后的钾窗计数率铀窗计数率和钍窗计数率
[0414]
5.5空中灵敏度计算
[0415]
120m高度空中系统各能窗灵敏度计算公式如下：
[0416][0417][0418][0419]
式中和分别为钾窗、铀窗和钍窗在空中120m高度的灵敏度，单位分别为1/(s
·
％)、1/(s
·
ug/g)和1/(s
·
ug/g)；和分别为系统在高度120m动态带上纯陆地放射性核素产生的经过康普顿散射改正后的钾窗、铀窗和钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；qk、qu和q
th
分别为已知的动态带陆地部分钾(
40
k)、铀(
238
u)和钍(
232
th)的含量，单位分别为％、ug/g和ug/g。
[0420]
六、测点数据的处理
[0421]
航空γ能谱测量过程中获得每个测点的nai(tl)探测器512道γ能谱计数率数据和cebr3探测器512道γ能谱计数率数据其中i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512。
[0422]
6.1nai(tl)探测器各能窗数据计算
[0423]
每个测点的nai(tl)探测器512道γ能谱计数率采用与4.1至4.3中每个高高度层上nai(tl)探测器的512道γ能谱计数率相同的处理方法，获得nai(tl)探测器在每个测点上各能窗计数率：
[0424]
为nai(tl)探测器在每个测点上获得的钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0425]
为nai(tl)探测器在每个测点上获得的铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0426]
为nai(tl)探测器在每个测点上获得的钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0427]
6.2cebr3探测器各能窗计数率计算
[0428]
将每个测点的cebr3探测器512道γ能谱计数率采用与4.4中每个高度层上cebr3探测器的512道γ能谱计数率相同的处理方法，获得cebr3探测器在每个测点上各能窗计数率：
[0429]
为cebr3探测器在测点上获得的钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0430]
为cebr3探测器在测点上获得的铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0431]
为cebr3探测器在测点上获得的钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0432]
6.3整套测量系统各能窗计数率计算
[0433]
整套测量系统在各测点上获得的钾窗计数率nk计算公式为式87：
[0434][0435]
整套测量系统在各测点上获得的铀窗计数率nu计算公式为式88：
[0436][0437]
整套测量系统在各测点上获得的钍窗计数率n
th
计算公式为式89：
[0438][0439]
6.4飞机本底及宇宙射线本底改正
[0440]
测点上各能窗计数率数据飞机本底及宇宙射线本底改正计算方法如下:
[0441][0442][0443][0444]
其中和分别为测点上经飞机本底及宇宙射线本底改正后钾窗、铀窗和钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；nk、nu和n
th
分别为整套测量系统在各测点上获得的钾窗、铀窗和钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；ak、au和a
th
分别为4.6中获得的钾窗、铀窗和钍窗的飞机本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)，bk、bu和b
th
分别为4.6中获得的钾窗、铀窗和钍窗的宇宙射线系数，无量纲；n
cos
为测点上获得的宇宙射线道计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0445]
6.5康普顿散射改正
[0446]
测点上各能窗计数率数据康普顿散射改正计算方法如下:
[0447][0448][0449][0450]
其中分别为测点上经飞机本底、宇宙射线本底和康普顿散射改正后
的钾窗、铀窗和钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；α、β、γ、a、b和g为步骤三中获得的康普顿散射系数，无量纲。
[0451]
6.6高度衰减改正
[0452]
将测点上各能窗计数率高度改正到120m高度计数率的计算方法如下:
[0453][0454][0455][0456]
其中分别为经飞机本底、宇宙射线本底和康普顿散射改正及高度改正到空中120米高度的钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0457]
分别为在测点上空实际飞行高度h上经飞机本底、宇宙射线本底和康普顿散射改正的钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
[0458]
μk、μu、μ
th
分别为2.2.6.4中获得的钾窗计数率、铀窗计数率和钍窗计数率高度衰减系数，单位为每米(m-1
)；h为该测点的飞行高度，单位为米(m)。
[0459]
6.7放射性核素含量计算
[0460]
经过上述各项修正后，每个测点地面上钾、铀、钍含量的计算公式如下：
[0461][0462][0463][0464]qk q
u q
th
分别为测点处钾(
40
k)、铀(
238
u)和钍(
232
th)的含量，单位分别为％、ug/g和ug/g；和分别为钾窗、铀窗和钍窗在空中120m高度的灵敏度，单位分别为1/(s
·
％)、1/(s
·
ug/g)和1/(s
·
ug/g)；分别为经飞机本底、宇宙射线本底和康普顿散射改正及高度改正到空中120米高度的钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
[0465]
本发明再一个实施例中，提供了一种航空γ能谱数据融合处理系统，该系统能够用于实施上述的一种航空γ能谱数据融合处理方法，具体的，包括：数据融合模块、天然核素特征峰窗口范围确定模块、康普顿散射系数确定模块、计算模块和测点数据处理模块；
[0466]
数据融合模块：获取的钾窗、铀窗和钍窗的计数率；
[0467]
获取nai(tl)探测器各特征峰能窗计数率。为将nai(tl)探测器与cebr3探测器的能窗数据融合后统一处理，nai(tl)探测器的康普顿散射本底各能窗范围采用cebr3探测器所确定能窗范围；
[0468]
天然核素特征峰窗口范围确定模块：用于确定天然核素特征峰窗口范围；
[0469]
康普顿散射系数确定模块：用于确定康普顿散射系数；
[0470]
计算模块：用于计算飞机本底、宇宙射线系数、高度衰减系数和空中灵敏度；
[0471]
测点数据处理模块；用于测点数据的处理。将两类探测器各能窗计数率数据进行合并，再采用统一的改正系数对合并后能窗数据进行处理，获取最终的天然核素含量值。
[0472]
本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor、dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于上述一种航空γ能谱数据融合处理方法的操作。
[0473]
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0474]
可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关一种航空γ能谱数据融合处理方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行。
[0475]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0476]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0477]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0478]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0479]
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种航空γ能谱数据融合处理方法，其特征在于，包括以下步骤：一、数据融合系统获取的钾窗、铀窗和钍窗的计数率分别为同步获取的nai(tl)探测器获取的相应能窗计数率与cebr3探测器获取的相应能窗计数率之和；nai(tl)探测器各特征峰能窗计数率由能窗中全能峰计数率和康普顿散射本底计数率构成；为将nai(tl)探测器与cebr3探测器的能窗数据融合后统一处理，nai(tl)探测器的康普顿散射本底各能窗范围采用cebr3探测器所确定能窗范围；各航空模型包括：本底模型、钾模型、铀模型、钍模型；二、确定天然核素特征峰窗口范围；2.1特征峰曲线拟合在用于检定航空γ能谱仪的本底模型、钾模型、铀模型、钍模型上分别进行测量，同步获得nai(tl)和cebr3探测器两种512道γ能谱数据，进行平均处理获得归一到单个测量周期的512道能谱数据，即512道γ能谱计数率；分别对nai(tl)和cebr3两种探测器测得的钾模型上的512道能谱计数率扣除本底模型上的512道能谱计数率获得纯
40
k的512道γ能谱计数率；分别对nai(tl)和cebr3两种探测器测得的铀模型上的512道能谱计数率扣除本底模型上的512道能谱计数率获得纯铀镭系的512道γ能谱计数率；分别对nai(tl)和cebr3两种探测器测得的钍模型上的512道能谱计数率扣除本底模型上的512道能谱计数率获得纯钍系的512道γ能谱计数率；用线性函数加高斯函数来描述512道γ能谱中
40
k的特征峰、
214
bi的特征峰和
208
tl的特征峰；以道址作为自变量x，以各道上的计数率作为应变量y，分别对nai(tl)探测器和cebr3探测器获取的纯
40
k 512道γ能谱计数率中的特征峰、纯铀镭系512道γ能谱计数率中的特征峰、纯钍系512道γ能谱计数率中的特征峰采用线性函数进行最小二乘拟合；2.2确定特征峰能窗范围确定cebr3探测器和nai(tl)探测器的航空γ能谱数据各能窗范围，分别为:钾窗的起始道址，钾窗的结束道址；铀窗的起始道址，铀窗的结束道址；钍窗的起始道址，钍窗的结束道址；三、确定康普顿散射系数；航空γ能谱数据处理的能窗分别为钾窗、铀窗和钍窗，康普顿散射剥离系数是纯
40
k、纯铀镭、纯钍源在两个不同能窗中的计数率之比，分别采用α、β、γ、a、b和g来表示，其中α为纯钍源在铀窗和钍窗上的计数率之比；β为纯钍源在钾窗和钍窗上的计数率之比；γ为纯铀镭源在钾窗和铀窗上的计数率之比；a为纯铀镭源在钍窗和铀窗中的计数率之比，b为纯
40
k源在钍窗和钾窗上的计数率之比；g为纯
40
k源在铀窗和钾窗上的计数率之比；康普顿散射系数b和g均为0，计算剩余康普顿散射系数，公式如下：b和g均为0，计算剩余康普顿散射系数，公式如下：
其中n
k,u
、n
u,u
、n
th,u
分别为航空模型坪纯铀镭源在钾窗、铀窗和钍窗上产生的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；n
k,th
、n
u,th
、n
th,th
分别为航空模型坪纯钍源在钾窗、铀窗和钍窗上产生的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；各能窗的计数率为nai(tl)探测器和cebr3探测器能窗计数率之和，为将两类探测器的能窗数据融合，nai(tl)探测器各能窗计数率视为能窗中全能峰计数率和康普顿散射本底计数率之和，其中纯铀镭源在nai(tl)探测器的钾窗和钍窗上无全能峰计数，只有康普顿散射本底计数；纯钍源在nai(tl)探测器的钾窗和铀窗上无全能峰计数，只有康普顿散射本底计数；求解康普顿散射系数所需各能窗计数率计算公式36-41如下：41如下：41如下：41如下：41如下：41如下：公式中为航空模型坪纯铀镭源在nai(tl)探测器的铀窗中产生的全能峰计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为航空模型坪纯钍源在nai(tl)探测器的钍窗中产生的全能峰计数率，单位为计数每秒(s-1
)；分别为航空模型坪纯铀镭源在nai(tl)探测器的钾窗、铀窗和钍窗中产生的康普顿散射本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；分别为航空模型坪纯钍源在nai(tl)探测器的钾窗、铀窗和钍窗中产生的康普顿散射本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；分别为航空模型坪纯铀镭源在cebr3探测器的钾窗、铀窗和钍窗中产生的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；分别为航空模型坪纯钍源在cebr3探测器的钾窗、铀窗和钍窗中产生的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；四、飞机本底及宇宙射线系数计算；飞机本底和宇宙射线系数的校准采用五个高高度飞行，每个高高度飞行10分钟，获取的能谱数据来计算；对每个高高度层上nai(tl)探测器获得512道能谱数据进行累加平均获得每个高高度上归一到单个测量周期的512道γ能谱计数率i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512；h表示高度，单位为计数每秒(s-1
)；对每个高高度层上cebr3探测器获得512道能谱数据进行累加平均获得每个高高度上归
一到单个测量周期的512道γ能谱计数率单位为计数每秒(s-1
)；4.1分别对每个高高度上nai(tl)探测器512道能谱计数率降噪处理；4.2分别计算每个高高度上nai(tl)探测器512道能谱康普顿散射本底；4.3分别计算每个高高度上nai(tl)探测器钾窗、铀窗、钍窗计数率；4.4分别计算每个高高度上cebr3探测器钾窗、铀窗、钍窗计数率数据；4.5分别计算每个高高度上整套测量系统钾窗、铀窗和钍窗计数率；计算整套测量系统在高高度h上钾窗计数率单位为计数每秒(s-1
)，h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；计算整套测量系统在高高度h上铀窗计数率单位为计数每秒(s-1
)，h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；计算整套测量系统在高高度h上钍窗计数率单位为计数每秒(s-1
)，h表示高度，h＝3000,3300,3600,3900,4200；4.6获取飞机本底及宇宙射线系数；在所有高高度进行飞行测量，宇宙射线道中的计数率与各能窗的计数率呈线性关系；对每个高高度层的宇宙射线道的平均计数率和能窗计数率进行最小二乘法线性拟合，获得线性关系系数，即钾窗飞机本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；钾窗宇宙射线影响系数，无纲量；铀窗飞机本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；铀窗宇宙射线影响系数，无纲量；钍窗飞机本底计数率，单位为计数每秒(s-1
)；钍窗宇宙射线影响系数，无纲量；五、高度衰减系数及空中灵敏度计算5.1nai(tl)探测器各能窗计数率计算对动态带各个高度上nai(tl)探测器获得的水域部分和陆域部分512道谱数据分别进行累加平均获得每个高度水域上512道γ能谱平均计数率和陆域上512道γ能谱数据计数率表示nai(tl)探测器在动态带水域部分上空飞行高度为h获得的第i道γ能谱计数率，，单位为计数每秒(s-1
)，表示nai(tl)探测器在动态带陆域部分上空飞行高度h获得的第i道γ能谱计数率，单位为计数每秒(s-1
)，其中h＝30、60、90、120、150、210、240、300，i＝1、2、3、...、511、512；和作差为nai(tl)探测器在高度h上获得动态带纯陆地放射性核素产生的512道γ能谱中第i道的平均计数率单位为计数每秒(s-1
)：将每个高度层上的512道γ能谱计数率采用4.1至4.3相同的处理方法，获得nai(tl)探测器在每个高度上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱各能窗计数率：为nai(tl)探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为nai(tl)探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；
为nai(tl)探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；5.2cebr3探测器各能窗计数率计算对动态带各个高度上cebr3探测器获得的水域部分和陆域部分512道谱数据进行累加平均分别获得每个高度水域上512道γ能谱平均计数率和陆域上512道γ能谱数据计数率表示cebr3探测器在动态带水域部分上空飞行高度为h获得的第i道γ能谱计数率，表示cebr3探测器在动态带陆域部分上空飞行高度h获得的第i道γ能谱计数率，单位为计数每秒(s-1
)，其中h＝30、60、90、120、150、210、240、300，i＝1、2、3、...、511、512；和作差为cebr3探测器飞行高度h获得动态带纯陆地放射性核素产生的512道γ能谱中第i道的平均计数率单位为计数每秒(s-1
)：将每个高度层上的512道γ能谱计数率采用4.4相同的处理方法，获得cebr3探测器在每个高度上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱各能窗计数率：为cebr3探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为cebr3探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为cebr3探测器在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；5.3整套测量系统各能窗计数率计算计算整套测量系统在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钾窗计数率计算整套测量系统在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱铀窗计数率计算整套测量系统在高度h上动态带纯陆地放射性核素产生的γ能谱钍窗计数率5.4高度衰减系数和空中灵敏度计算在动态带各高度上纯陆地放射性核素产生的各能窗计数率进行康普顿散射改正；利用30m、60m、90m、120m、150m、210m、240m、、300八个高度上获取的钾窗计数率、铀窗计数率和钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)，按e指数公式拟合就求得各能量窗的高度衰减系数μ
k
、μ
u
和μ
th
，单位为每米(m-1
)；5.5空中灵敏度计算计算120m高度空中系统各能窗灵敏度；六、测点数据的处理航空γ能谱测量过程中获得每个测点的nai(tl)探测器512道γ能谱计数率数据和cebr3探测器512道γ能谱计数率数据其中i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512；6.1nai(tl)探测器各能窗数据计算
每个测点的nai(tl)探测器512道γ能谱计数率采用与4.1至4.3中每个高度层上nai(tl)探测器的512道γ能谱计数率相同的处理方法，获得nai(tl)探测器在每个测点上各能窗计数率：为nai(tl)探测器在每个测点上获得的钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为nai(tl)探测器在每个测点上获得的铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为nai(tl)探测器在每个测点上获得的钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；6.2cebr3探测器各能窗计数率计算将每个测点的cebr3探测器512道γ能谱计数率采用与4.4中每个高度层上cebr3探测器的512道γ能谱计数率相同的处理方法，获得cebr3探测器在每个测点上各能窗计数率：为cebr3探测器在测点上获得的钾窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为cebr3探测器在测点上获得的铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为cebr3探测器在测点上获得的钍窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；6.3整套测量系统各能窗计数率计算计算各测点上获得的钾窗计数率n
k
计算各测点上获得的铀窗计数率n
u
计算各测点上获得的钍窗计数率n
th
6.4飞机本底及宇宙射线本底改正测点上各能窗计数率数据飞机本底及宇宙射线本底改正计算；6.5康普顿散射改正测点上各能窗计数率数据康普顿散射改正计算；6.6高度衰减改正计算将测点上各能窗计数率高度改正到120m高度计数率6.7放射性核素含量计算计算每个测点地面上钾、铀、钍含量，公式如下：计算每个测点地面上钾、铀、钍含量，公式如下：计算每个测点地面上钾、铀、钍含量，公式如下：q
k q
u q
th
分别为测点处钾、铀和钍的含量，单位分别为％、ug/g和ug/g；和分别为钾窗、铀窗和钍窗在空中120m高度的灵敏度，单位分别为1/(s
·
％)、1/(s
·
ug/g)和1/(s
·
ug/g)；分别为经飞机本底、宇宙射线本底和康普顿散射改正及高度改正到空中120米高度的钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)。
2.根据权利要求1所述的一种航空γ能谱数据融合处理方法，其特征在于：步骤2.1中用线性函数加高斯函数来描述512道γ能谱中
40
k的1.46mev特征峰、
214
bi的1.76mev特征峰和
208
tl的2.62mev特征峰，线性加高斯函数公式如下：以道址作为自变量x，以各道上的计数率作为应变量y，分别对nai(tl)探测器和cebr3探测器获取的纯
40
k 512道γ能谱计数率中的1.46mev特征峰、纯铀镭系512道γ能谱计数率中的1.76mev特征峰、纯钍系512道γ能谱计数率中的2.62mev特征峰采用公式13表示的函数进行最小二乘拟合。3.根据权利要求2所述的一种航空γ能谱数据融合处理方法，其特征在于：步骤2.2中特征峰能窗范围的确定cebr3探测器的航空γ能谱数据各能窗范围为:取整作为钾窗的起始道址取整作为钾窗的结束道址取整作为铀窗的起始道址取整作为铀窗的结束道址取整作为铀窗的结束道址取整作为钍窗的起始道址取整作为钍窗的结束道址nai(tl)探测器的航空γ能谱数据各能窗范围为:取整作为钾窗的起始道址取整作为钾窗的结束道址取整作为铀窗的起始道址取整作为铀窗的结束道址取整作为钍窗的起始道址取整作为钍窗的结束道址4.根据权利要求3所述的一种航空γ能谱数据融合处理方法，其特征在于：步骤三中：3.1计算航空模型坪纯铀镭源在nai(tl)探测器的铀窗中产生的全能峰计数公式为：式中和分别为采用高斯函数公式拟合nai(tl)探测器纯铀镭系512道γ能谱计数率中
214
bi的1.76mev特征峰的系数；，为铀窗的起始道址和为铀窗的结束道址；3.2计算航空模型坪纯钍源在nai(tl)探测器的钍窗中全能峰的计数率公式为：式中和为采用高斯函数公式拟合nai(tl)探测器纯钍系512道γ能谱计数率中
208
tl的2.62mev特征峰获得的系数；nai(tl)探测器的钍窗的起始道址；为nai(tl)探测器的钍窗的结束道址；3.3计算航空模型坪纯铀镭源在nai(tl)探测器的铀窗中产生的康普顿散射本底计数
率公式为：式中为采用高斯函数公式拟合nai(tl)探测器纯铀镭系512道γ能谱计数率中
214
bi的1.76mev特征峰的系数；为cebr3探测器的铀窗的起始道址，为cebr3探测器的铀窗的结束道址；3.4计算航空模型坪纯钍源在nai(tl)探测器的钍窗中康普顿散射本底计数率公式为：式中为采用高斯函数公式拟合nai(tl)探测器纯钍系512道γ能谱计数率中
208
tl的2.62mev特征峰获得的系数；为cebr3探测器的钍窗的起始道址，为cebr3探测器的钍窗的结束道址；3.5计算在航空模型坪纯铀镭源上cebr3探测器铀窗计数率公式为：式中和分别为采用高斯函数公式拟合cebr3探测器获取纯铀镭系512道γ能谱计数率中
214
bi的1.76mev特征峰获得的系数，为cebr3探测器的铀窗的起始道址，为cebr3探测器的铀窗的结束道址；3.6计算在航空模型坪纯钍源上cebr3探测器钍窗计数率公式为：式中和分别为采用高斯函数公式拟合cebr3探测器获取纯钍系512道γ能谱计数率中
208
tl的2.62mev特征峰获得的系数，为cebr3探测器的钍窗的起始道址和为cebr3探测器的钍窗的结束道址。5.根据权利要求4所述的一种航空γ能谱数据融合处理方法，其特征在于：4.1分别对每个高高度上nai(tl)探测器512道能谱计数率降噪处理，具体如下：分别将每个高高度上nai(tl)探测器的512道γ能谱计数率视为采样频率为1000hz的数字信号，采用通带频率为50hz、阻带频率为300hz的fir滤波器进行滤波，获得滤波后的512道γ能谱计数率h表示高度；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512；为实现滤波无相位位移，保证特征峰峰位无位移，对滤波后获得的512道γ能谱计数率进行转置，获取512道γ能谱计数率h表示高度；i表示道址，单位为计数每秒(s-1
)；
将512道γ能谱计数率视为采样频率为1000hz的数字信号，采用通带频率为50hz、阻带频率为300hz的fir滤波器进行滤波，获得滤波后的512道γ能谱计数率单位为计数每秒(s-1
)；512道γ能谱计数率进行转置，获得各高高度上降噪滤波后的512道γ能谱计数率单位为计数每秒(s-1
)。6.根据权利要求5所述的一种航空γ能谱数据融合处理方法，其特征在于：4.2分别计算每个高高度上nai(tl)探测器512道能谱康普顿散射本底，具体如下：将每个高高度nai(tl)探测器的512道γ能谱计数率采用采样频率为1000hz的数字信号，采用通带频率为30hz、阻带频率为300hz的fir滤波器进行滤波，获得新的512道γ能谱计数率h表示高度；i表示道址，i＝1,2,3,...,511,512，单位为计数每秒(s-1
)；将每个高高度层上nai(tl)探测器的512道γ能谱计数率采用4.1相似的处理流程，仅在fir滤波器参数上有差别，选择通带频率为10hz、阻带频率为300hz的fir滤波器进行滤波，获得每个高度层上的512道γ能谱计数率每个高高度层取的50至210道的能谱计数率数据作为对应道址的康普顿散射本底计数，取的211至512道的能谱计数率数据作为对应道址的本底计数，构成每个高高度层从50道至512道的γ能谱康普顿散射本底计数率数据：以道址作为自变量x，以各道上康普顿散射本底计数率作为应变量y，分别对每个高高度层nai(tl)晶体探测器的50道至512道的γ能谱散射本底计数率采用幂函数y＝w
·
x
m
+t进行最小二乘拟合，获得拟合作为50道至512道康普顿散射本底描述函数。7.根据权利要求6所述的一种航空γ能谱数据融合处理方法，其特征在于：4.3分别计算每个高高度上nai(tl)探测器钾窗、铀窗、钍窗计数率，具体如下：4.3.1各高高度层上nai(tl)探测器钾窗计数率计算方法为公式：式中为高度为h的nai(tl)探测器钾窗计数率；为高度为h的nai(tl)探测器钾窗中全能峰计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为高度为h的nai(tl)探测器钾窗中康普顿散射本底计数率；为获取降噪滤波后高度h的nai(tl)探测器第i道γ能谱计数率；w
h
、m
h
、t
h
为高度为h的nai(tl)探测器50道至512道的γ能谱散射本底计数率幂函y＝w
·
x
m
+t拟合所得参数；为nai(tl)探测器钾窗范围起止道址，为cebr3探测器钾窗范围起止道址；4.3.2各高高度层上nai(tl)探测器铀窗计数率计算方法为公式：
式中为高度为h的nai(tl)探测器铀窗计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为高度为h的nai(tl)探测器铀窗中全能峰计数率，单位为计数每秒(s-1
)；为高度为h的nai(tl)探测器铀窗中康普顿散射本底计数率；为降噪滤波后高度为h的nai(tl)探测器的第i道γ能谱计数率；w
h
、m
h
、t
h
为高度为h的nai(tl)探测器50道至512道的γ能谱散射本底计数率幂函y＝w
·
x
m
+t拟合所得参数；分别为nai(tl)探测器铀窗范围起止道址，分别为cebr3探测器铀窗范围起止道址；4.3.3各高高度层上nai(tl)探测器钍窗计数率计算方法为公式：式中为高度为h的nai(tl)探测器钍窗计数率；为高度为h的nai(tl)探测器钍窗中全能峰计数率；为高度为h的nai(tl)探测器钍窗中康普顿散射本底计数率；为降噪滤波后高度为h的nai(tl)探测器的第i道γ能谱计数率；w
h
、m
h
、t
h
为高度为h的nai(tl)探测器50道至512道的γ能谱散射本底计数率幂函y＝w
·
x
m
+t拟合所得参数；分别为nai(tl)探测器钍窗范围起止道址，分别为cebr3探测器钍窗范围起止道址。8.根据权利要求7所述的一种航空γ能谱数据融合处理方法，其特征在于：所述步骤一中，系统获取的钾窗、铀窗和钍窗的计数率分别为同步获取的nai(tl)探测器获取的相应能窗计数率与cebr3探测器获取的相应能窗计数率之和，计算公式如下：探测器获取的相应能窗计数率之和，计算公式如下：探测器获取的相应能窗计数率之和，计算公式如下：n
k
、n
u
和n
th
分别为数据融合后整套测量系统的航空γ能谱钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；和分别为cebr3探测器航空γ能谱的钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)；和分别为nai(tl)探测器航空γ能谱的钾窗、铀窗和钍窗的计数率，单位为计数每秒(s-1
)。9.一种航空γ能谱数据融合处理系统，其特征在于：该系统能够用于实施权利要求1至8其中一项所述的一种航空γ能谱数据融合处理方法；航空γ能谱数据融合处理系统包括：数据融合模块、天然核素特征峰窗口范围确定模块、康普顿散射系数确定模块、计算模块和测点数据处理模块；数据融合模块：获取的钾窗、铀窗和钍窗的计数率；获取nai(tl)探测器各特征峰能窗计数率；为将nai(tl)探测器与cebr3探测器的能窗数据融合后统一处理，nai(tl)探测器的康普顿散射本底各能窗范围采用cebr3探测器所确定能窗范围；天然核素特征峰窗口范围确定模块：用于确定天然核素特征峰窗口范围；
康普顿散射系数确定模块：用于确定康普顿散射系数；计算模块：用于计算飞机本底、宇宙射线系数、高度衰减系数和空中灵敏度；测点数据处理模块；用于测点数据的处理；将两类探测器各能窗计数率数据进行合并，再采用统一的改正系数对合并后能窗数据进行处理，获取最终的天然核素含量值。

技术总结
本发明公开了一种航空γ能谱数据融合处理方法和系统，包括：γ能谱各能窗计数由全能峰计数和康普顿散射本底计数组成；以高能量分辨率的CeBr3探测器各能窗范围为基准参考，将高探测效率的大体积NaI(Tl)探测器获取的各能窗计数率数据修正为与CeBr3探测器各能窗具有相同的窄能量范围康普顿散射本底，并将两类探测器各能窗计数率数据进行合并，再采用统一的改正系数对合并后能窗数据进行处理，获取最终的天然核素含量值。本发明的优点是：发挥两种探测器高能量分辨率的双重优势，达到高效率全能峰探测及抑制非全能峰贡献的双重目标，提高整套系统航空γ能谱天然核素测量的精度。整套系统航空γ能谱天然核素测量的精度。整套系统航空γ能谱天然核素测量的精度。


技术研发人员：米耀辉 高维 姜作喜 罗锋 李行素 林童 肖刚毅
受保护的技术使用者：中国自然资源航空物探遥感中心
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/21