【摘要】：拉曼光譜技術(shù)是識(shí)別物質(zhì)成分的重要手段之一,它具有譜峰尖銳、探測范圍廣和微區(qū)域探測的特點(diǎn)。論文在火星表面物質(zhì)成分探測的大背景下,分析了拉曼光譜技術(shù)比其他曾用在火星表面物質(zhì)探測的光譜技術(shù)(可見近紅外光譜技術(shù)、穆斯堡爾光譜技術(shù)和X射線熒光光譜技術(shù))的一些優(yōu)勢。并結(jié)合RLS和SHERLOC兩臺(tái)即將用于火星探測的拉曼光譜儀,指出了拉曼光譜技術(shù)在火星探測方面的可行性。本論文綜合考慮了拉曼光譜技術(shù)的難點(diǎn),并結(jié)合火星表面的實(shí)際探測情況,解決了用于火星表面物質(zhì)探測的遠(yuǎn)程拉曼光譜儀中的兩個(gè)關(guān)鍵問題。第一個(gè)關(guān)鍵問題是卡塞格林望遠(yuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),主鏡和次鏡均采用拋物面,入瞳直徑200mm,物距1.5-2.5m,次鏡可移動(dòng)。第二個(gè)關(guān)鍵問題是預(yù)處理算法的編寫,采用小波變換和多項(xiàng)式擬合的算法,分別去除拉曼光譜原始信號中的隨機(jī)噪聲和熒光背景。小波變換采用‘sym5’小波母函數(shù)進(jìn)行5層小波分解,軟閾值去噪后再重構(gòu)信號。多項(xiàng)式擬合的關(guān)鍵點(diǎn)是先對去噪后的信號進(jìn)行了求導(dǎo),用導(dǎo)數(shù)在0附近一定范圍內(nèi)(約±10)的點(diǎn)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合,擬合多次讓背景更準(zhǔn)確,再從去噪后的譜圖中扣除熒光背景,得到最終的拉曼光譜圖。為了對遠(yuǎn)程拉曼光譜儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并初步驗(yàn)證它用于火星表面物質(zhì)探測的可行性,選用了在火星表面已被探測到的四種物質(zhì)——方解石、橄欖石、赤鐵礦和輝石,以及一種有機(jī)物——葡萄糖,作為實(shí)驗(yàn)樣品。利用遠(yuǎn)程拉曼光譜儀對幾種樣品進(jìn)行了探測,并用編寫的小波變換和多項(xiàng)式擬合的算法對原始信號進(jìn)行了光譜預(yù)處理,對最終數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜分析,得到了比較可靠的結(jié)果,初步驗(yàn)證了儀器的性能。
[Abstract]:Raman spectroscopy is one of the important methods to identify the material composition. It has the characteristics of sharp spectrum peak, wide detection range and micro-region detection. In this paper, under the background of Mars surface material composition exploration, we analyze the Raman spectroscopy technology compared with other spectral techniques used in Mars surface material exploration (visible near infrared spectroscopy). Mossbauer spectroscopy and X-ray fluorescence spectroscopy) some advantages. The feasibility of Raman spectroscopy in Mars exploration is pointed out by combining two Raman spectrometers, RLS and SHERLOC, which will be used in Mars exploration. In this paper, the difficulties of Raman spectroscopy are considered comprehensively, and two key problems in the remote Raman spectrometer for Mars surface material exploration are solved in combination with the actual exploration of Mars surface. The first key problem is the design of Cassegrin telescopic system. The primary mirror and the secondary mirror are paraboloid, the pupil diameter is 200mm, the object distance is 1.5m 2.5m, and the secondary mirror can be moved. The second key problem is the preparation of pre-processing algorithm using wavelet transform and polynomial fitting algorithm to remove random noise and fluorescence background from the original Raman spectra respectively. Wavelet transform uses' sym5' wavelet generating function to decompose 5-layer wavelet, soft threshold de-noising and signal reconstruction. The key point of polynomial fitting is that the de-noising signal is derived first, and polynomial fitting is carried out with the point whose derivative is around 0 (about 鹵10). The fitting makes the background more accurate many times, and then deducts the fluorescence background from the de-noising spectrum map. The final Raman spectra are obtained. In order to test the remote Raman spectrometer and preliminarily verify its feasibility for the Mars surface material exploration, four substances-calcite, olivine, hematite and pyroxene-which have been detected on the surface of Mars, have been selected. And an organic substance, glucose, as an experimental sample. The remote Raman spectrometer is used to detect several samples, and the original signal is preprocessed by wavelet transform and polynomial fitting algorithm. The final data are analyzed by spectral analysis, and the reliable results are obtained. The performance of the instrument is preliminarily verified.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P185.3

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 葛維東;;科學(xué)與宗教:漸行漸遠(yuǎn)的兩種認(rèn)知世界的方式——從“好奇”號發(fā)現(xiàn)火星表面曾有水流淌的證據(jù)想到的[J];科技導(dǎo)報(bào);2012年36期

2 ;火星表面真的有冰[J];大自然探索;2008年08期

3 陳蔭祥;劉惠芬;;火星表面地質(zhì)概況[J];地球;1988年04期

4 倪爾辛;火星表面的有機(jī)色素[J];飛碟探索;2001年01期

5 ;發(fā)現(xiàn)[J];科技潮;2002年05期

6 趙忠孝;機(jī)器人在類似火星表面的沙漠中尋找生命[J];世界科學(xué);2005年07期

7 ;火星表面發(fā)現(xiàn)奇特洞穴[J];科技與出版;2007年04期

8 ;探測器拍攝到火星表面奇特發(fā)絲狀結(jié)構(gòu)[J];光機(jī)電信息;2009年04期

9 ;德發(fā)現(xiàn)火星表面液態(tài)水新證據(jù)[J];硅谷;2010年10期

10 華斌;;美繪制出第一張火星表面三維地形圖[J];科學(xué)新聞;1999年17期

相關(guān)會(huì)議論文 前6條

1 張福平;Toshimori Sekine;賀紅亮;;火星表面物質(zhì)硫酸鎂硫酸鈣及其結(jié)晶水相的沖擊行為研究[A];第八屆全國沖擊動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)會(huì)議論文集[C];2007年

2 崔晨;楊明川;郭慶;;火星表面電波傳播特性研究[A];中國宇航學(xué)會(huì)深空探測技術(shù)專業(yè)委員會(huì)第十屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

3 鄭曉靜;張靜紅;;關(guān)于火星表面的沙波紋[A];中國力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

4 陳陽;吳淮寧;張玉民;;火星表面精確著陸任務(wù)進(jìn)展[A];中國宇航學(xué)會(huì)深空探測技術(shù)專業(yè)委員會(huì)第九屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（上冊）[C];2012年

5 王海濤;姚正平;江世臣;盛松;;火星表面環(huán)境下著陸探測器的熱狀態(tài)分析[A];中國宇航學(xué)會(huì)深空探測技術(shù)專業(yè)委員會(huì)第九屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下冊）[C];2012年

6 程炳鈞;趙華;;火星大氣甲烷特征輻射斷層掃描立體成像探測器研制可行性分析[A];第二十三屆全國空間探測學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 ;歐航局:水可能曾經(jīng)遍布火星表面[N];新華每日電訊;2010年

2 記者 馮衛(wèi)東;火星表面百萬年前曾有活水存在[N];科技日報(bào);2009年

3 記者 任海軍;火星表面局部可能存在水流[N];新華每日電訊;2011年

4 郭爽;火星表面曾有水流淌證據(jù)[N];北京日報(bào);2012年

5 記者 林小春;火星表面可能有鹽水在流動(dòng)[N];新華每日電訊;2014年

6 記者　毛磊;美探測器發(fā)現(xiàn)火星表面存在冰凍水跡象[N];光明日報(bào);2002年

7 張孟軍;人類首次在火星表面鉆孔[N];科技日報(bào);2004年

8 記者 任海軍;“好奇”號著陸,經(jīng)歷“恐怖7分鐘”[N];新華每日電訊;2012年

9 記者 毛文波 顧鋼;火星表面存在大片水域[N];科技日報(bào);2005年

10 李建平;讓學(xué)生帶著問題走出教室[N];中國石油報(bào);2002年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 張丹;用于火星表面物質(zhì)探測的拉曼光譜技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所);2015年

2 劉燎;火星表面大范圍漫游探測協(xié)同導(dǎo)航方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

，

本文編號：2443968