一种核脉冲信号处理方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种核脉冲信号处理方法及系统，首先探测器将射线转换为信号后经过模拟放大；将放大后的信号转换成数字信号；将数字信号输入FPGA中经过R‑C逆变换消除信号上升沿，然后经过C‑R逆变换得到原始信号，将原始信号进行积分、抽样后形成梯形模型以实时产生梯形脉冲信号。本发明专利技术采用C‑R逆系统、R‑C逆系统重新构建了适合于FPGA运算的数字梯形成形递推公式，未引入浮点运算，计算速度更快。并且通过R‑C逆系统生成了只有2‑4个采样点的高信噪比的快信号处理递推公式。因此极大的提高了测量系统的脉冲通过率。与直接采用快成形相比，需要的采样点更少，并且对于微弱信号的分辨能力更强。

【技术实现步骤摘要】
一种核脉冲信号处理方法及系统
本专利技术涉及信号处理
，具体涉及核信号处理，尤其是一种核脉冲信号处理方法及系统。
技术介绍
核信号的数字化处理发展得非常迅速，其中FPGA的应用起到了非常重要的作用。高速AD采样后的数据处理速度必须与高速AD同步，所以研究适合FPGA高速计算的算法显得尤为重要。例如，基线恢复(参见由曾国强、杨健、胡天宇等发表的基于对称零面积梯形的基线恢复技术。物理研究中的核仪器和方法，2017858:57-61)、重叠脉冲分离(参见由周建斌，刘毅，洪旭，等发表的X射线光谱中堆积脉冲识别的梯形脉冲整形。中国物理C，2015，39(6)：110-115)、脉冲甄别(参见唐林，喻杰，周建斌，等人发表的一种消除假峰以获得精确X射线谱的新方法。应用辐射和同位素，2018135:171-176)等都采用FPGA进行处理。ValentinT.Jordanov和曾国强等人采用反卷积的方法研究数字脉冲处理，取得了很多成果。在此基础上我们引入了正系统与逆系统的分析方法。在信号处理时，常用的方法是根据已有的系统去推导输出结果。然而有时候我们需要通过输出信号来判断探测器采集到的信号，这时就需要对信号进行逆系统数字分析，但是在电路系统中信号本身是不可逆的。已知系统与Vin,求解Vout的过程我们定义为正系统，已知系统与Vout，求解Vin的过程我们定义为逆系统。在正系统的研究方面我们已经取得一些进展。已知Vin与Vout，求解系统的过程称为反演，主要在地震、地质结构、核图像处理中应用。目前申请人已经研究了RC逆系统用于信号上升沿的修复(参见专利申请号为201910370049.9)。但是专利技术人在后续的实际研发过程中发现通常探测器将射线转换为信号后会经过模拟放大，然后再转变为数字信号进入FPGA中进行处理。经过模拟电路后输出的信号不是标准的负指数信号，而是带有上升沿的负指数信号。这样直接对该信号进行成谱处理时，在FPGA中会出现差分和除以不为2n的数的情况，这就会增大输出误差，并且降低FPGA的处理速度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述技术存在之不足，我们在研究RC逆系统用于信号上升沿的修复技术的基础上对其进行进一步的研究，得到了一种核脉冲信号处理方法及系统。该方式具有更简洁的可在FPGA中快速实现的数字梯形成形公式并且得到了信噪比更高的快信号处理方式。为实现上述目的本专利技术所采用的技术方案是：一种核脉冲信号处理方法,其特征在于，包括以下操作：探测器将射线转换为信号后经过模拟放大；将放大后的信号转换成数字信号；将数字信号输入FPGA中经过R-C逆变换消除信号上升沿，然后经过C-R逆变换得到原始信号，将原始信号进行积分、抽样后形成梯形模型以实时产生梯形脉冲信号。本专利技术中进一步地优选实施方式是，所述R-C逆变换的具体过程如下:采用R-C变换得到，取足够小的时间间隔，则可以将Vin数字化为X(n)，Vout数字化为Y(n)，dt＝50ns，则可以把上述公式转化成，n＝0、1、2…；然后将其通过R-C逆变换，得到；x[n]＝(1+k)*y[n]-k*y[n-1]令y[0]＝0，通过积分变换后得到Σx[n]＝Σy[n]+k*y[n]即为R-C逆变换的数字递推解，得到的输出结果即为原始信号的数字积分。本专利技术中进一步地优选实施方式是，所述C-R逆变换的具体过程是：将C-R微分成形电路进行逆变换得到公式，然后进行C-R逆变换，可以得到x[n+1]-x[n]＝(1+k)*y[n+1]-y[n]整理后得到x[n+1]-x[n]＝k*y[n+1]+(y[n+1]-y[n])将其做积分变换，当信号的初值为0时，得到x[n+1]＝k*Σy[n+1]+y[n+1]此时完成C-R逆变换的数字递推解，以适合在FPGA系统中运行；式中：输入信号数字化为X(n)，输出信号数字化为Y(n)，k＝dt/RC是一个浮点数，dt＝50ns。本专利技术中进一步地优选实施方式是，，公式x[n+1]＝k*Σy[n+1]+y[n+1]中k＝dt/RC是一个浮点数，将其再变换成m*x[n+1]＝Σy[n+1]+m*y[n+1]式中m＝1/k,可以取整成2n运算，实际输出信号只需要进行移位操作即可复原，公式中输入信号为标准的负指数信号，输出为阶跃信号或单位脉冲响应信号或锯齿信号，然后在变换成梯形信号。本专利技术中进一步地优选实施方式是，输入信号x[n]为阶跃信号，其梯形成形模型是，na*z(n)＝Σ(x[n]+x[n-na-L]-x[n-na]-x[n-L])，其中na为梯形的上升宽度，L为梯形的上升加平顶宽度。本专利技术中进一步地优选实施方式是，输入信号x1[n]为锯齿信号，其梯形成形模型是，na*z(n)＝(x1[n]+x1[n-na-L]-x1[n-na]-x1[n-L])，其中na为梯形的上升宽度，L为梯形的上升加平顶宽度。本专利技术中进一步地优选实施方式是，输入信号x2[n]为单位冲击信号，其梯形成形模型是，na*z(n)＝ΣΣ(x2[n]+x2[n-na-L]-x2[n-na]-x2[n-L])，其中na为梯形的上升宽度，L为梯形的上升加平顶宽度。本专利技术还提供了一种实现上述方法的核脉冲信号处理系统，其包括：探测器，用于获取核脉冲信号；模拟放大器，将上述核脉冲信号放大；模数转换器，将放大后的核脉冲信号转换成数字信号；FPGA系统，数字信号处理，消除信号上升沿，然后经过C-R逆变换得到原始信号，将原始信号进行积分、抽样后形成梯形模型以实时产生梯形脉冲信号。本专利技术中核脉冲信号的处理系统，的进一步优选实施方式是所述FPGA系统包括了R-C逆系统，用于将双指数的探测器信号转换成单指数信号，并消除脉冲信号上升沿；C-R逆系统，用于将核脉冲信号变换成原始信号。相比现有技术，本专利技术的技术方案具有如下优点/有益效果：本专利技术采用C-R逆系统、R-C逆系统重新构建了适合于FPGA运算的数字梯形成形递推公式，未引入浮点运算，计算速度更快。并且通过R-C逆系统生成了只有2-4个采样点的高信噪比的快信号处理递推公式，因此极大的提高了测量系统的脉冲通过率。与直接采用快成形相比，需要的采样点更少，并且对于微弱信号的分辨能力更强。本专利技术在核信号的分析中对逆系统进行了研究，并且在实时核信号处理中用研究了适合FPGA处理的算法，得到了新的核信号数字梯形成形的递推公式以及高信噪比的快信号处理的递推公式，提高了信号处理速度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核脉冲信号处理方法,其特征在于，包括以下操作：/n探测器将射线转换为信号后经过模拟放大；/n将放大后的信号转换成数字信号；/n将数字信号输入FPGA中经过R-C逆变换消除信号上升沿，然后经过C-R逆变换得到原始信号，将原始信号进行积分、抽样后形成梯形模型以实时产生梯形脉冲信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种核脉冲信号处理方法,其特征在于，包括以下操作：
探测器将射线转换为信号后经过模拟放大；
将放大后的信号转换成数字信号；
将数字信号输入FPGA中经过R-C逆变换消除信号上升沿，然后经过C-R逆变换得到原始信号，将原始信号进行积分、抽样后形成梯形模型以实时产生梯形脉冲信号。


2.根据权利要求1所述的核脉冲信号处理方法，其特征在于，所述R-C逆变换的具体过程如下:
采用R-C变换得到取足够小的时间间隔，则可以将Vin数字化为X(n)，Vout数字化为Y(n)，dt＝50ns，则可以把上述公式转化成n＝0、1、2…；然后将其通过R-C逆变换，得到；
x[n]＝(1+k)*y[n]-k*y[n-1]
令y[0]＝0，通过积分变换后得到
Σx[n]＝Σy[n]+k*y[n]即为R-C逆变换的数字递推解，得到的输出结果即为原始信号的数字积分。


3.根据权利要求1所述的核脉冲信号处理方法，其特征在于，所述C-R逆变换的具体过程是：将C-R微分成形电路进行逆变换得到公式然后进行C-R逆变换，可以得到
x[n+1]-x[n]＝(1+k)*y[n+1]-y[n]
整理后得到
x[n+1]-x[n]＝k*y[n+1]+(y[n+1]-y[n])
将其做积分变换，当信号的初值为0时，得到
x[n+1]＝k*Σy[n+1]+y[n+1]
此时完成C-R逆变换的数字递推解，以适合在FPGA系统中运行；式中：输入信号数字化为X(n)，输出信号数字化为Y(n)，k＝dt/RC是一个浮点数，dt＝50ns。


4.根据权利要求3所述的核脉冲信号处理方法，其特征在于，公式x[n+1]＝k*Σ
y[n+1]+y[n+1]中k＝dt/RC是一个浮点数，将其再变换成
m*x[n+1]＝Σy[n+1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建斌，喻杰，万文杰，
申请(专利权)人：四川新先达测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51