深空探測(cè)是我國(guó)航天事業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展方向,火星是繼我國(guó)成功實(shí)現(xiàn)月球登陸探測(cè)任務(wù)后的又一個(gè)重要探測(cè)目標(biāo)。2020年是火星探測(cè)重要的時(shí)間窗口,屆時(shí)中國(guó)將進(jìn)行名為“天問(wèn)一號(hào)”的首次火星探測(cè)任務(wù),同時(shí)實(shí)現(xiàn)繞、落、巡三大工程目標(biāo)。火星巡視器搭載的火星土壤成分分析儀(MarsCoDe)是中國(guó)首臺(tái)用于行星探測(cè)的LIBS系統(tǒng),為實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)解譯,搭建地面火星模擬LIBS系統(tǒng)進(jìn)行儀器參數(shù)研究、類(lèi)火星樣品實(shí)測(cè)、數(shù)據(jù)處理等相關(guān)預(yù)研工作已迫在眉睫。本文作者參與了山東大學(xué)火星模擬LIBS系統(tǒng)(SDU-Mars-LIBS)的搭建、調(diào)試、優(yōu)化、巖石類(lèi)型識(shí)別模型的創(chuàng)建和類(lèi)火星巖石主量元素定量分析等工作,獲得了如下研究成果:1)初步研究了影響地質(zhì)樣品物理基體效應(yīng)的主要因素并確定了最優(yōu)系統(tǒng)測(cè)試參數(shù);2)分別在地球環(huán)境和模擬火星環(huán)境(7mbar,CO2)下完成50余種類(lèi)火星地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)樣品的LIBS光譜測(cè)試,對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了光譜預(yù)處理,初步建立了類(lèi)火星巖石LIBS光譜數(shù)據(jù)庫(kù);3)提出了一種利用PCA的Loading空間距離作為選取對(duì)樣本分類(lèi)貢獻(xiàn)最大的LIBS特征譜線的篩選方法,依據(jù)該方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)ChemCam團(tuán)隊(duì)發(fā)布的64個(gè)飛行前定標(biāo)地質(zhì)樣品的鑒別分析,鑒定精度92.8%;4)利用支持向量機(jī)回歸(SVR)和偏最小二乘回歸(PLSR)兩種算法建立類(lèi)火星巖石的主量元素定量反演模型,獲得了較好的結(jié)果。全文共分為六個(gè)章節(jié),前言部分對(duì)火星進(jìn)行了整體性介紹,主要包括火星大氣、火星巖石及礦物等;第一章主要對(duì)人類(lèi)火星探測(cè)情況進(jìn)行概述,包括現(xiàn)有探測(cè)成果、重要元素探測(cè)載荷介紹和中國(guó)火星任務(wù)概覽等;第二章介紹了 LIBS工作原理及儀器構(gòu)成,主要包括ChemCam系統(tǒng)及數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介,MarsCoDe簡(jiǎn)介和SDU-Mars-LIBS 系統(tǒng)介紹三部分內(nèi)容;第三章為 LIBS 數(shù)據(jù)定性分析章節(jié),該章節(jié)介紹了一種以PCA主成分loading空間距離為判定標(biāo)準(zhǔn)的巖石類(lèi)型鑒別新方法,該方法主要利用載荷空間距離法對(duì)元素LIBS特征發(fā)射譜線進(jìn)行篩選識(shí)別,進(jìn)而在不進(jìn)行巖石主量元素定量分析的情況下,識(shí)別出元素種類(lèi)和豐度非常相似的巖石樣品,可以在一定程度上削弱基體效應(yīng),對(duì)礦物類(lèi)型識(shí)別和元素定量分析模型的建立具有重要作用;第四章為SDU-Mars-LIBS系統(tǒng)地質(zhì)標(biāo)樣實(shí)測(cè)和光譜數(shù)據(jù)定量分析章節(jié),可以為SDU-Mars-LIBS系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)流程化處理和LIBS光譜庫(kù)建立提供參考;第五章為總結(jié)和展望章節(jié),對(duì)論文工作進(jìn)行匯總的同時(shí),指出目前存在的不足并對(duì)未來(lái)工作和研究方向提出建議。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類(lèi)】：P185.3;V476.4
【部分圖文】：

氣溫變化幅度５０°ＣＷ。此外，火星大氣??懸浮灰塵對(duì)火星氣溫的影響也很大。??咖ＨＩ，??＾?Ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｅ?＿?ｇ＊??＾－Ｃａｒｂｏｎ?ｄｉｏｘｉｄｅ－ｉｃｅ?ｃｌｏｕｄｓ??５０?－?丨?一１〇－５??Ｗａｔｅｒ－ｉｃｅ?ｃｌｏｕｄｓ?—?ｉｎ－４??＇?■＇?／?＼??Ｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｅ?Ｘ?＞?．??Ｄｕｓｔ?一?１ＣＴ３??０?１?Ｉ?〇．〇〇６??１００?１５０?２００?２５０??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?（Ｋ）??圖１火星大氣溫度及氣壓隨高度變化示意圖??２??

上氣溫的日間平均溫度??和曰間溫差增大，但使得火星表面日間溫度變化范圍減小，日間對(duì)流層消失�；�??星氣溫的水平變化和氣壓的垂直變化產(chǎn)生了火星大氣流動(dòng)進(jìn)而推動(dòng)產(chǎn)生火星大??氣循環(huán)。??Ｐｏｌａｒ?ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ?＊??、?．??／?）?Ｖ?Ｂａｒｏｃｌｉｎｉｃ?ｗａｖｅｓ，??／?／?ｋ?Ｓｔｏｒｍ?ｓｙｓｔｅｍｓ，?ｆｒｏｎｔｓ??Ｈａｄｌｅｙ卜?ｊ?＾Ｋｅｌｖｉｎ??〇１＿徽：??Ｄｕｓｔ?ｓｔｏｒｍ??ｌ??＼?Ｐｏｌａｒ?ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ??圖２火星大氣循環(huán)示意圖??與地球類(lèi)似，火星表面也存在季風(fēng)和大氣環(huán)流，除仲夏外的所有季節(jié)，中緯??度地區(qū)產(chǎn)生緯向偏東風(fēng)并隨著高度增加而增強(qiáng)，至３０ｋｍ左右達(dá)到最大值。大部??分熱帶和亞熱帶地區(qū)為偏西風(fēng)。在地球上也有類(lèi)似的緯向風(fēng)分布，但是相對(duì)較弱??且偏東風(fēng)噴流出現(xiàn)在更低的緯度位置和更低的海拔高度。緯向偏東風(fēng)地球夏季??中緯度地區(qū)盛行，但火星仲夏中緯度地區(qū)多為緯向偏西風(fēng)。這一差異可能是由于??地球海洋性環(huán)境和火星沙漠性環(huán)境熱響應(yīng)和地球與火星輻射吋間尺度不Ｎ導(dǎo)致??的。緯向平均子午環(huán)流由平均極向分量和向上分量組成［５１。地球上這一子午環(huán)流??包含一個(gè)熱帶環(huán)流和一個(gè)較弱的中緯度環(huán)流，其中熱帶環(huán)流稱(chēng)為‘哈德萊’環(huán)流，??它由赤道附近的上升支流和接近南北緯３０°附近下降環(huán)流組成，但這種對(duì)稱(chēng)性??只在二分點(diǎn)（春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)）附近存在。在地球北半球的冬天，‘哈德萊’環(huán)??流主要由…個(gè)單環(huán)流主導(dǎo)，氣流在赤道以南上升，在北半球亞熱帶下降，南半球??的冬天時(shí)該模式亦反之。如圖２所示，類(lèi)似的‘哈德萊’在火星上也存在，但是??環(huán)流單元較強(qiáng)而且環(huán)流的上升和下降直流在赤

僅在火星軌道遙感數(shù)據(jù)中被識(shí)別出，未在就位探測(cè)中發(fā)現(xiàn)。沖擊效應(yīng)在火星隕石??中很常見(jiàn)，而撞擊角爍巖可能廣泛存在于火星的地殼巖石中。??１火星火成巖??火星探測(cè)漫游者ＭＥＲ?（Ｍａｒｓ?Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ?Ｒｏｖｅｒ）搭載的ＡＰＸＳ１８１對(duì)火星表面??巖石和火星隕石的地球化學(xué)分析表明：火星以火成巖為主（主要礦物類(lèi)型為玄武??巖），火星表面存在巖漿的分步結(jié)晶產(chǎn)物［９］。通過(guò)伽馬射線譜儀（ＧＲＳ）獲得的??二氧化硅的全球豐度圖｜｜（）］與此結(jié)論相一致。Ｐａｔｈｆｉｎｄｅｒ巖石成分投圖如圖３所示，??其主要成分為安山巖，但由于對(duì)其測(cè)試之前沒(méi)有進(jìn)行巖石表面打磨刷掃，所以安??山巖很可能是其外層風(fēng)化殼的成分而非巖石本身的成分。????乂?Ｔｅｐ／７＂－?＾?ＧＲＳ?ａｓｓｕｍｅｓ?Ｇｕｓｅｖ?ａｖｅｒａｇｅ?Ｎａ／Ｋ??ＩＱ?Ｇｕｓｅｖ?／?Ｐ＾０／１０＾ｅ?／?＼?ＧＲＳ?ａｓｓｕｍｅｓ?ＳＮＣ?ａｖｅｒａｇｅ?Ｎａ／Ｋ??？?Ｒｏｃｋ?ＲＡＴ?／?＼＃?／?＼??？?Ｒｏｃｋ?Ｂｒｕｓｈ?／?＼?／?＼??－．Ｇａｌｅ?Ｐ?Ｙ＊?＼?Ｔｍｃｈｙｔｅ??〇?６?一?＼??＾?＿?％?＼??＋?Ｆｏｍｅ?Ｐａｔｈｆｉｎｄｅｒ?Ｒｏｃｋ?＼??言?４?－?．?廣?＼??２?＿?ｙ’ｒＢａｓａｌｔ?Ａｎｄｅｓｉｔｅ?Ｍａｒｔｉａｎ?Ｍｅｔｅｏｒｉｔｅｓ??／？?Ｉｆ?：?．?ａｎｄｅｓｉｔｅ?？?Ｂａｓａｌｔｉｃ?ｓｈｅｒｇｏｔｔｉｔｅ??０?Ｐｉｃｒｏｂａｓａｌｔ＾９?ｍｍ?？?０１－ｐｈｙｒｉｃ?ｓｈｅｒｇｏｔｔｉｔｅ??＾?￣?Ｉ?＼?、籲?？?Ｌｈｅｒｚｏｌｉｔｉｃ?ｓｈｅｒｇｏｔｔｉｔｅ??／
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