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原文传递一种基于X射线吸收的地面大气密度测量方法

专利名称：	一种基于X射线吸收的地面大气密度测量方法
摘要：	本发明公开了一种基于X射线吸收的地面大气密度测量方法，所述方法包括：将X射线源和SDD探测器同轴放置，沿轴线移动SDD探测器的位置，根据设置SSD探测器的通道数，获取能谱计数，并对其进行能量标定、量子效率标定、死时间标定、发散角标定，获得标定后的能谱计数；X射线源发出X射线光子，根据X射线光子在大气中传输的辐射衰减，利用X射线光子计数的泊松统计性质得到泊松统计极大似然估计；对标定后的能谱计数和泊松统计极大似然估计进行贝叶斯估计，获得地面大气密度的估计值。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国科学院国家空间科学中心
发明人：	李海涛;李保权
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910180614.5
公开号：	CN109827870A
代理机构：	北京方安思达知识产权代理有限公司
代理人：	陈琳琳;李彪
分类号：	G01N9/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N9
申请人地址：	100190 北京市海淀区中关村南二条1号
主权项：	1.一种基于X射线吸收的地面大气密度测量方法，其特征在于，所述方法包括：将X射线源和SDD探测器同轴放置，沿轴线移动SDD探测器的位置，根据设置SSD探测器的通道数，获取能谱计数，并对其进行能量标定、量子效率标定、死时间标定、发散角标定，获得标定后的能谱计数；X射线源发出X射线光子，根据X射线光子在大气中传输的辐射衰减，利用X射线光子计数的泊松统计性质，得到泊松统计极大似然估计；对标定后的能谱计数和泊松统计极大似然估计进行贝叶斯估计，获得地面大气密度的估计值。 2.根据权利要求1所述的基于X射线吸收的地面大气密度测量方法，其特征在于，所述方法具体包括：步骤1)将X射线源和SDD探测器同轴放置，且二者之间的轴线距离范围为0-2m，分别记录X射线源和SDD探测器的坐标位置；步骤2)沿步骤1)的轴线由近及远水平移动SDD探测器的位置，并依次记录每一次移动后的SDD探测器的位置坐标；步骤3)设置步骤2)中每一次移动后的SDD探测器的通道数，记录并保存每一次移动后的对应的能谱计数；步骤4)对步骤3)中记录的能谱计数，选择两个特征峰进行能量标定，得到能量标定后的能谱计数；步骤5)对步骤4)中的能量标定后的能谱计数进行死时间标定，得到死时间标定后的能谱计数；步骤6)对步骤5)中的死时间标定后的能谱计数进行量子效率标定，得到量子效率标定后的能谱计数；步骤7)对步骤6)中的量子效率标定后的能谱计数进行发散角标定，得到发散角标定后的能谱计数；步骤8)X射线源发出X射线光子，根据X射线光子计数的泊松统计性质，得到泊松统计极大似然估计；步骤9)对步骤6)中标定后的能谱计数和步骤7)中泊松统计极大似然估计进行贝叶斯估计，获得地面大气密度的估计值。 3.根据权利要求2所述的基于X射线吸收的地面大气密度测量方法，其特征在于，所述步骤4)具体为：选择已知的两个特征谱线，假设这两个已知的特征谱线的能量分别记为E1、E2，这两个已知的特征谱线的通道分别为C1、C2，那么根据公式(1)和(2)，对两个特征谱线进行能量标定，得到k和b，具体如下： E1＝kC1+b (1) E2＝kC2+b (2) 其中，k为一个通道对应的能量；b为能量参考点；根据公式(1)、(2)，将特征谱线的通道转换为特征谱线的能量，根据特征谱线的能量，获得X射线能谱计数与该能量之间的一种线性函数关系，根据该函数关系，获得能量标定后的能谱计数。 4.根据权利要求2所述的基于X射线吸收的地面大气密度测量方法，其特征在于，所述步骤5)具体为：对步骤4)中的能量标定后的能谱计数进行死时间标定，得到死时间标定后的能谱计数Em； Em＝Ei/(1-td) (3) 其中，Ei为步骤4)中能量标定后的能谱计数；td为死时间。 5.根据权利要求2所述的基于X射线吸收的地面大气密度测量方法，其特征在于，所述步骤6)具体为：对死时间标定后的能谱计数进行量子效率标定，得到量子效率标定后的能谱计数； Ef＝Em/η (4) 其中，Em为死时间标定后的能谱计数；Ef为量子效率标定后的能谱计数；η为量子效率。 6.根据权利要求2所述的基于X射线吸收的地面大气密度测量方法，其特征在于，所述步骤7)具体为：对步骤6)中的死时间标定后的能谱计数进行发散角标定，获得发散角标定后的能谱计数：其中，Ii为SDD探测器的标定后的能谱计数；Ef为SDD探测器测量的量子效率标定后的能谱计数；r0为SDD探测器的初始位置坐标；ri为SDD探测器第i次测量的位置坐标。 7.根据权利要求2所述的基于X射线吸收的地面大气密度测量方法，其特征在于，所述步骤8)具体包括：步骤8-1)X射线源发出X射线光子，根据比尔定律，得到X射线光子在大气中传输的辐射衰减IMi； IMi＝I0e-τ (6) 其中，I0为SDD探测器距离X射线源的距离最近处的能谱计数；τ为光学厚度；根据公式(6)，计算光学厚度τ；其中，α为需要拟合的未知参数；Li为SDD探测器和X射线源之间的距离；βN2，βO2，βCO2，βAr分别对应为N2、O2、CO2、Ar四种气体成分的体积份数；μN2，μO2，μCO2，μAr分别为N2、O2、CO2、Ar四种气体成分的吸收截面；N2、O2、CO2、Ar四种气体成分的吸收截面是随着X射线光子的能量变化而变化的一种对应关系，其中，利用NIST数据库计算与X射线光子的能量对应的吸收截面，并将其存储为数据文件；在该数据文件中包括X射线光子的能量和N2、O2、CO2、Ar四种气体成分的吸收截面；其中，X射线光子的能量与N2、O2、CO2、Ar四种气体成分的吸收截面之间是一一对应关系；步骤8-2)根据获得的X射线光子在大气中传输的辐射衰减IMi；X射线光子计数的泊松统计性质，计算泊松统计极大似然估计lnL； lnL＝∑i(IilnIMi-IMi-lnIi！) (8)。 8.根据权利要求2所述的基于X射线吸收的地面大气密度测量方法，其特征在于，所述步骤9)具体为：对步骤7)中标定后的能谱计数和步骤8)中泊松统计极大似然估计进行贝叶斯估计，根据马尔科夫链蒙特卡洛算法，获得地面大气密度的估计值和地面大气密度的测量不确定度。
所属类别：	发明专利