一种数字类高斯脉冲成形递推算法制造技术

本发明专利技术公开了一种数字类高斯脉冲成形算法。包括步骤：A、首先将CR‑nRC类高斯脉冲成形电路拆分为1阶CR电路与n（一般n=4）阶RC电路串联。B、运用基尔霍夫电流定律分别建立CR电路和RC电路的电流等式。C、利用数值微分代替B步骤电流等式中的微分运算。D、建立输入信号x[n]与输出信号y[n]的等式，得到CR电路和RC电路的数学递推模型。E、将输入信号先经过1阶的CR电路数学递推模型处理，再将处理结果作为输入信号经RC电路数学递推模型处理，多阶RC电路仅需将上一级处理结果作为下一级输入信号即可，最终得到类高斯脉冲。本方法提出了一种新的数字类高斯脉冲成形递推算法，它能够实现核脉冲信号类高斯脉冲成形，同时提高信噪比。算法运算过程简便，便于实现，适用于核脉冲信号实时类高斯脉冲成形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术立足于乏燃料浓度测量、食品重金属含量检测和环境辐射评价等放射性测量领域，针对核脉冲信号数字处理方法，提出了一种新的核脉冲信号数字类高斯脉冲成形递推算法。
技术介绍
随着电子技术的发展，传统的模拟核谱仪逐渐向数字化方向发展，数字化核谱仪具有更高的稳定性、灵活性和自适应性。在数字化核谱仪系统中，辐射信号经前置放大电路放大和前端电路滤波成形后，包括极零相消电路、滤波电路和主放大电路，被高速ADC快速离散化；离散后的数据被直接送入FPGA进行数字脉冲成形、重叠脉冲分离、幅度甄别，最后形成能谱发送至上位机显示。脉冲成形算法是数字化核谱仪系统的关键，其优劣直接影响到测量结果的准确性。高斯脉冲成形是将核脉冲信号成形为高斯波形或类高斯波形，具有良好的时间响应、频率响应和较高的信噪比，在数字核仪器系统中，前端电路通常将探测器输出信号滤波成形为高斯波形或类高斯波形。现有的类高斯脉冲成形有模拟电路和数字算法两种实现方法。模拟电路实现方法包括Sallen-Key滤波电路(李东仓，杨磊，田勇deng.基于Sallen-Key滤波器的核脉冲成形电路研究[J].核电子学与探测技术，2008,28(3)：536-566)、CR-nRC成形电路(王经瑾，范天民，钱永庚.核电子学[M].北京：原子能出版社，1983)；数字算法包括基于小波分析的高斯脉冲成形(陈世国，吉世印，刘万松.基于小波分析的指数衰减信号高斯脉冲成形[J].物理学报，2008,57(5)：2882-2887)和基于z变换分析的类高斯脉冲成形(M.Nakhostin.Recursivealgorithmforreal-timedigitalCR-(RC)npulseshaping[J].IEEETRANSACTIONSONNUCLEARSCIENCE,2011,58(5):2378-2381)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，基于CR-nRC类高斯脉冲成形模拟电路，利用数值微分方法建立CR电路和RC电路数学模型，提出一种新的数字类高斯脉冲成形递推算法。为达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方法：将CR-nRC成形电路拆分为CR电路和RC电路串联，利用数值微分方法，建立两种电路数学模型，递归调用实现核脉冲信号类高斯脉冲成形。本专利技术的原理是：将CR-nRC电路拆分为1阶的CR电路与n阶的RC电路串联；根据基尔霍夫电流定律，分别建立CR电路和RC电路电流等式，并利用数值微分代替等式中的微分运算，建立CR电路、RC电路数学模型；类高斯脉冲成形通过先调用CR电路数学递推模型，再调用RC数学递推模型实现。本专利技术具有如下优点：1.提出的核脉冲信号数字类高斯脉冲成形递推算法运算过程简单，使用方便，易于硬件实现；2.在相同达峰时间条件下，提出的算法较常用的梯形成形算法具有更好的滤波性能；3.能够实现核脉冲信号实时数字类高斯脉冲成形。附图说明图1为CR-nRC电路结构图。图2为CR电路结构图图3为RC电路结构图图4为不同n值类高斯脉冲成形波形图。图5为相同达峰时间条件下类高斯脉冲成形与梯形成形频率响应对比效果图。图6为采用类高斯脉冲成形和梯形成形分别处理核脉冲信号所得幅度谱图。具体实现方式一种数字类高斯脉冲成形递推算法：利用CR-nRC类高斯脉冲成形模拟电路可实现核脉冲信号类高斯脉冲成形，其电路结构如图1所示。将CR-nRC电路拆分为CR电路和RC电路，如图2、3所示。根据基尔霍夫电流建立CR电路的电流等式d(vin-vout)dt·C=voutR]]>令x[n]＝vin，y[n]＝vout，x[n]、y[n]分别表示输入、输出信号的离散序列，n与n-1间间隔为Δt。利用数值微分代替等式中的微分运算，可得x[n]-x[n-1]-(y[n]-y[n-1])=ΔtRC·y[n]]]>令kCR＝Δt/(RC)，将y[n]整理到等式左侧，得y[n]=y[n-1]+x[n]-x[n-1]1+kCR]]>上式即为CR电路数学递推模型，将输入信号x[n]带入上式，递归调用即可实现输入信号CR成形处理。RC电路的电流等式为vin-voutR=dvoutdt·C]]>同样利用数值微分代替等式中的微分运算，得到RC电路数学递推模型y[n]=k·y[n-1]+x[n]1+kRC]]>其中x[n]、y[n]与C-R电路中的意义相同，kRC＝RC/Δt。核脉冲信号利用阶跃信号模拟，即x[n]＝1(n>0)。要实现核脉冲信号类高斯脉冲成形则先将输入信号带入CR电路数学递推模型，得到的输出再作为RC电路数学递推模型的输入，多阶RC电路级联数学模型只需将上一级模型的输出作为下一级模型的输入即可，最终得到类高斯脉冲。不同阶数的类高斯脉冲成形结果如图4所示。一般地，当n＝4时成形脉冲更接近高斯波形。图5是n＝4时，类高斯脉冲成形与梯形成形分别处理带噪声的核脉冲信号得到结果的频率响应，两种方法得到的成形脉冲具有相同的达峰时间。由图可以看出，类高斯脉冲成形算法较梯形成形具有更好的滤波性能。图6为采用类高斯脉冲成形和梯形成形分别处理20万个带噪声的核脉冲信号所得幅度谱图。采用类高斯脉冲成形所得幅度谱的半高宽为3.5％，采用梯形所得幅度谱的半高宽为3.8％，说明采用类高斯脉冲成形处理核脉冲信号能够得到较好能量分辨率的幅度谱。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种类高斯脉冲成形递推算法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A、首先基于CR‑nRC类高斯脉冲成形模拟电路，将核脉冲信号处理流程分为1阶CR电路与n阶(一般地n＝4)RC电路串联。B、运用基尔霍夫电流定律，分别建立CR电路和RC电路的电流等式。C、利用数值微分方法代替B步骤电流等式中的微分运算。D、建立输入信号x[n]与输出信号y[n]等式，得到CR电路数学递推模型y[n]=y[n-1]+x[n]-x[n-1]1+kCR]]>同理可得到RC电路数学递推模型y[n]=k·y[n-1]+x[n]1+kRC]]>E、将输入信号先经过1阶的CR电路数学递推模型处理，再将处理结果作为RC电路数学递推模型的输入信号。多阶RC电路仅需要将上一级输出结果作为下一级输入信号即可，最终将输入信号成形为类高斯脉冲。

【技术特征摘要】
1.一种类高斯脉冲成形递推算法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A、首先基于CR-nRC类高斯脉冲成形模拟电路，将核脉冲信号处理流程分为1阶CR电路与n阶(一般地n＝4)RC电路串联。B、运用基尔霍夫电流定律，分别建立CR电路和RC电路的电流等式。C、利用数值微分方法代替B步骤电流等式中的微分运算。D、建立输入信号x[n]与输出信号y[n]等式，得到CR电路数学递推模型y[n]=y[n-1]+x[n]-x[n-1]1+kCR]]>同理可得到RC电路数学递推模型y[n]=k·y[n...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪旭，倪师军，周建斌，费鹏，周伟，马英杰，王敏，刘易，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51