一种针对离散数字核脉冲信号的梯形成形方法与流程

测量装置的制造及其应用技术1.本发明属于核脉冲信号处理技术领域，具体涉及一种针对离散数字核脉冲信号的梯形成形方法。背景技术：2.脉冲成形技术是高分辨测量领域的关键技术之一。常用的成形技术有高斯成形、梯形成形等。高斯成形技术最早应用于模拟信号处理，其最大的缺点是成形时间太长，不利于高输入计数率测量场景。随着数据信号处理技术的兴起，发展了包括梯形滤波在内的多种数字滤波成形技术(v.radeka,trapezoidal filtering of signals from large germanium detectors at high rates,ieee transactions on nuclear science ns-19，1972；v.t.jordanov等,digital synthesis of pulse shapes in real time for high resolution radiation spectroscopy,nuclear instruments and methods a 345，1994；a.kalinin等，pulse shaping for ge-spectrometers optimized for ballistic deficit and electronic noise,nuclear instruments and methods a 538，2005；shefali saxena等，digital pulse deconvolution with adaptive shaping for real-time high-resolution high-throughput gamma spectroscopy，nuclear inst.and methods in physics research,a，2018；mohindar vaghela等，fpga implementation of digital pulse processing techniques for radiation measurement.2016international conference on microelectronics,computing and communications(microcom),23-25jan.2016.)。3.这些数字成形技术均必须包含“弹道亏损校正”这个关键步骤。由于这些技术均采用绝对补偿的方式进行弹道亏损校正，这种方式不可避免地采用逐点校正模式，这种模式存在单次校正量小、计算量大以及对低能射线校正能力有限等问题，在高输入计数率测量时还会衍生出新问题：在高频采样模式下，实时数据处理负担重，甚至无法实现。技术实现要素：4.本发明的目的是解决针对核脉冲信号数字成形技术过程均需采用绝对补偿的方式进行弹道亏损校正，弹道亏损校正时采用逐点微分式校正存在单次校正量小、计算量大以及对低能射线校正能力有限等问题，而提供了一种针对离散数字核脉冲信号的梯形成形方法。5.本发明的思路是：针对离散数字核脉冲信号，先通过幅度定比弹道亏损校正技术对核脉冲信号进行校正，然后以固定窗滑动平均的方式实现了核脉冲的数字化梯形成形。该数字化梯形成形方法步骤简单，可显著减小计算量，更适用于高输入计数率条件下的实时测量。6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：7.一种针对离散数字核脉冲信号的梯形成形方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：8.步骤1、对负指数衰减原始脉冲信号进行采样获得数字化采样脉冲序列vn；9.步骤2、利用离散单延迟线成形技术对数字化采样脉冲序列vn成形，获得单延迟线成形数字化脉冲序列un；10.步骤3、根据脉冲信号幅值要求选定增益系数z，z＞0，利用固定窗w滑动平均对弹道校正后的数字化脉冲序列进行数据处理，获得梯形脉冲序列yn，完成离散数字核脉冲信号的梯形成形。11.进一步地，步骤2中，对于单个核脉冲，基于单延迟线成形技术，离散数字计算公式为：12.un＝vn-vn-de-λdδt13.其中，n表示脉冲序列中的第n个数据点，即脉冲序列时间为nδt；14.δt为采样时间间隔；15.vn-d为(n-d)δt时刻的原始脉冲信号采样数据；16.d＝td/δt，d为延迟数据点数，td为延迟时间；17.λ为原始脉冲波形的衰减常数。18.进一步地，步骤3中，所述固定窗w为整数，是在连续信号中表示一段由(w+1)个连续采样数据点所跨度的时间窗口，w≥d+r，r＝tr/δt，tr为信号上升时间；19.当固定窗w滑动到能够覆盖单延迟线成形后的脉冲时，可完成弹道亏损校正。20.进一步地，步骤3具体为：21.3.1、计算数字化脉冲序列un的脉冲波形总的积分面积ssum，得到单个核脉冲信号幅值的比例系数k；22.单延迟线成形后的脉冲波形，包括信号上升段，信号衰减段和信号下降段；23.信号上升段的积分面积s1为：[0024][0025]其中，um为理论最大信号幅度；tr为信号上升时间；[0026]信号衰减段的积分面积s2为：[0027][0028]信号下降段的积分面积s3为：[0029][0030]成形后的脉冲波形总的积分面积ssum为：[0031][0032]单个核脉冲信号幅值的比例系数k：[0033]令求解得到：[0034][0035]3.2、根据脉冲信号幅值要求选定增益系数z，z＞0，进行信号幅度归一化处理，求解得到校正系数k0，进行弹道亏损校正；[0036]校正后的信号幅度uout；[0037][0038]求解得到校正系数k0：[0039][0040]完成核脉冲的幅度定比弹道亏损校正；[0041]3.3、将幅度定比弹道亏损校正公式以离散信号形式表达，即为：[0042][0043]其中，uk为数字化脉冲序列un中的一个元素；[0044]以固定窗w在单延迟线成形后的数字化脉冲序列un上逐点滑动进行计算：[0045][0046]实现梯形成形。[0047]与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：[0048]1、本发明提出一种针对离散数字核脉冲信号的梯形成形方法，将原梯形成形步骤由四步简化为两步，显著提高了成形效率。[0049]2、本发明提出一种针对离散数字核脉冲信号的梯形成形方法，引入幅度定比弹道亏损校正技术，以积分校正模式代替原有的微分校正模式，校正过程中参与计算的数据变化量大，仅以整数运算方式就可以达到很高的计算精度，适合高频采样离散数据的实时处理。附图说明[0050]图1为本发明针对离散数字核脉冲信号的梯形成形方法实施例流程图；[0051]图2为原始脉冲信号采样示意图；[0052]图3为本发明中离散单延迟线成形脉冲示意图；[0053]图4为本发明中梯形成形脉冲示意图。具体实施方式[0054]为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种针对离散数字核脉冲信号的梯形成形方法进一步详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。[0055]一种针对离散数字核脉冲信号的梯形成形方法，包括以下步骤：[0056]步骤1、对电荷灵敏前置放大器输出的负指数衰减原始脉冲信号进行采样获得数字化采样脉冲序列vn。[0057]如图1所示，r＝tr/δt，采样间隔为δt，r为信号上升沿对应的数据点数，tr为信号上升时间。图2为原始脉冲信号采样示意图。[0058]步骤2、利用离散单延迟线成形技术对数字化采样脉冲序列vn成形，获得单延迟线成形数字化脉冲序列un，如图3所示。[0059]对于单个核脉冲，基于单延迟线成形技术，离散数字计算公式为：[0060]un＝vn-vn-de-λdδt[0061]其中，n表示脉冲序列中的第n个数据点，即脉冲序列时间为nδt；[0062]vn-d为(n-d)δt时刻的原始脉冲信号采样数据；[0063]d＝td/δt，d为延迟数据点数，td为延迟时间；[0064]λ为原始脉冲波形的衰减常数。[0065]步骤3、根据脉冲信号幅值要求选定增益系数z，z＞0，利用固定窗滑动平均对弹道校正后的数字化脉冲序列进行数据处理，获得梯形脉冲序列yn，完成离散数字核脉冲信号的梯形成形。[0066]当固定窗w滑动到能够覆盖单延迟线成形后的脉冲时，可完成弹道亏损校正，具体为：[0067]3.1、计算数字化脉冲序列un的脉冲波形总的积分面积ssum，得到单个核脉冲信号幅值的比例系数k；[0068]单延迟线成形后的脉冲波形，包括信号上升段，信号衰减段和信号下降段；[0069]信号上升段的积分面积s1为：[0070][0071]其中，um为理论最大信号幅度；tr为信号上升时间；[0072]信号衰减段的积分面积s2为：[0073][0074]信号下降段的积分面积s3为：[0075][0076]成形后的脉冲波形总的积分面积ssum为：[0077][0078]单个核脉冲信号幅值的比例系数k：[0079]令求解得到：[0080][0081]3.2、根据脉冲信号幅值要求选定合适的增益系数z，进行信号幅度归一化处理，求解得到校正系数k0，进行弹道亏损校正；[0082]校正后的信号幅度uout；[0083][0084]求解得到校正系数k0：[0085][0086]完成核脉冲的幅度定比弹道亏损校正；[0087]3.3、将幅度定比弹道亏损校正公式以离散信号形式表达，即为：[0088][0089]其中，uk为数字化脉冲序列un中的一个元素；固定窗w是一个整数，在连续信号中表示一段由(w+1)个连续采样数据点所跨度的时间窗口，w≥d+r，r＝tr/δt，tr为信号上升时间；[0090]以固定窗w在单延迟线成形后的数字化脉冲序列un上逐点滑动进行计算：[0091][0092]即可实现梯形成形。[0093]本实施例中，取增益系数z＝w/2，w＝(d+r)+10，输出序列计算公式为：[0094][0095]计算得到最后的梯形脉冲序列yn，如图4所示，可以看出通过本发明针对离散数字核脉冲信号，先通过幅度定比弹道亏损校正技术对核脉冲信号进行校正，然后以固定窗滑动平均的方式实现了核脉冲的数字化梯形成形。该数字化梯形成形方法步骤简单，可显著减小计算量，更适用于高输入计数率条件下的实时测量。[0096]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。









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