我国的“嫦娥二号”探月卫星为“嫦娥三号”登月计划的一颗先导星,于2010年10月1日在西昌卫星发射中心成功发射。嫦娥二号卫星绕月飞行高度为100km,较嫦娥一号的飞行高度200km要低,采用极地椭圆轨道运行方式。伽玛谱仪为嫦娥二号卫星的七大载荷之一。伽玛谱仪的科学目标为绘制O,Si,Fe,Ti,U,Th、K甚至是Mg,Al和Ca元素的全月丰度分布图。月球自然环境严酷,温度和宇宙射线变化等都对伽玛能谱的解析处理带来影响。本文以伽玛射线测量理论和月表伽玛射线来源为基础,以嫦娥二号伽玛谱2C级数据为研究对象,开展嫦娥二号伽玛谱数据筛选、谱漂校正、宇宙射线校正、能谱累计、能谱数据降噪、本底估计、谱线定性分析、峰面积求解、含量反演和地质填图等研究,获得了月表放射性元素U、Th、K的含量分布图;研究了嫦娥一号和二号伽玛谱数据融合算法,获得了精度更高的Th元素计数率分布图;在此研究基础上,结合月球地体分类,分析了月表放射性元素含量分布特征。论文的主要研究成果如下:1.嫦娥二号伽玛谱仪主探测器为溴化镧（LaBr3）晶体,探测能量范围为300keV～1OMeV,能量分辨率为～3.6%@662keV。伽玛谱仪每3秒采集获取一道谱线,每条谱线包含512道计数值。分析了嫦娥二号伽玛谱谱线漂移现象,本底构成、统计涨落噪声、特征峰特征等,结合国内外阿波罗号、月球勘探者号、月亮女神号和嫦娥一号伽玛谱处理经验,提出了嫦娥二号伽玛谱数据筛选、谱漂校正、宇宙射线校正、能谱累计、能谱数据降噪、本底估计、谱线定性分析、峰面积求解等数据处理流程,为嫦娥二号伽玛谱的解析和月表放射性元素含量的反演提供了有效的数据处理方法。2.由于月球表面昼夜温度变化剧烈、射线探测器和电子元器件的温度效应等原因,嫦娥二号伽玛谱出现明显的谱漂现象。通过谱线漂移状况分析,特征峰随着时间整体向高能方向偏移,中间有部分暂时的往低能方向漂移。谱线漂移整体存在非线性特征,而在低能段主要为线性漂移。结合嫦娥二号伽玛谱特征峰强度弱以及特征峰分辨率较高的特点,提出了基于相关性原理和特征峰能量固定的两种谱漂校正方法,以及基于相关性原理的特征峰追踪方法。基于相关性原理的谱漂校正能够完成线性校正,结果显示,校正前K特征峰谱漂多达6道,校正后为1道,并且校正前后特征峰窗口内的计数和值不发生变化。基于特征峰能量固定的方法能够完成非线性校正,K特征峰校正后峰漂为4道。但此方法对特征峰的峰面积产生影响。基于相关性的特征峰追踪方法能够避免对全谱进行谱漂校正处理,通过相关性参数来选择出特定的特征峰窗口进行分析,实验结果显示,K特征峰追踪成功率达到100%。3.通过嫦娥二号伽玛谱谱线分析得知嫦娥二号伽玛谱本底主要由仪器装置本底和散射本底构成。由于嫦娥二号伽玛谱仪主晶体为溴化镧晶体,晶体中的La元素和Ac元素为仪器装置本底构成的主导因素,通过数据分析进行了验证。根据嫦娥二号伽玛谱散射本底高,特征峰较弱的特点进行了迭代法和SNIP法散射本底估计研究。实验结果显示,经过伽玛谱本底估计及扣除后,K元素特征峰的峰背比平均由4.52提高至63.06,峰背比提高近14倍;Fe元素特征峰的峰背比平均由0.95提高至16.30,峰背比提高约17倍。4.为了利用嫦娥二号伽玛谱特征峰面积获得放射性元素含量,基于嫦娥二号伽玛谱特征峰面积与前人通过阿波罗号、月亮号等卫星获得的月面真值进行最小二乘法线性拟合,获得放射性元素U、Th、K含量的反演模型。进而获得了月表放射性元素U、Th、K含量分布图。另外,基于Lawrence等人提出含量反演模型,对放射性元素U、Th、K含量进行了反演计算。通过实验结果显示,基于最小二乘法线性拟合结果与采样获得的月面真值范围更接近,更具有合理性。5.对嫦娥一号和嫦娥二号伽玛谱仪能谱数据,进行了嫦娥一号和二号伽玛谱数据的相关性分析,分析结果表明两个谱仪的谱线相关系数为0.809,具有高度相关性;利用嫦娥一号和嫦娥二号伽玛谱解析获得的Th元素计数率分布图,提出基于加权平均的融合算法,实现嫦娥一号和嫦娥二号Th元素计数率两数据集之间的融合。实验结果显示:融合后Th元素计数率分布图与月球地质特征更接近一致。6.基于月球地体划分为风暴洋KREEP地体、南极艾肯盆地地体、高地地体三类,结合嫦娥二号伽玛谱解析及反演结果,进行了放射性元素分布特征的分析。放射性元素U、Th、K含量分布特征为:放射性元素极高值出现在近月面雨海风暴洋区域,范围从雨海南部边缘到弗拉摩洛撞击坑附近,其中雨海边南部的爱普尼雷斯山脉以及雨海北部以及西北部边缘的放射性元素含量最高,雨海及风暴洋中心则体现出相对低值特征;全月放射性元素含量次高值出现在背月面的南极艾肯盆地区域,艾肯盆地区域的放射性元素含量呈现出西高东低的特征,艾肯盆地区域Th元素含量相对高值为盆地西部的彭家勒坑和西北部的莱布尼茨坑,而西南部的施罗丁格尔坑未体现出Th元素高值特征;高地放射性元素含量呈现出明显的低值特征,通过研究各5°×5°区域Th元素计数率和此区域距雨海距离的关系数据分析试验得出:随着与雨海距离越远,Th元素计数率逐渐下降。印证了月海撞击以及溅射的假说。