[发明专利]一种仿核脉冲产生装置及方法

说明书

本发明涉及一种仿核脉冲产生装置及方法，包括单光子源、单光子探测器、量子真随机数提取器、高斯随机数生成器、八位寄存器、指数波形数据存储器、乘法器、启动转换控制器、数字模拟转换器（DAC）。量子真随机数提取器与单光子探测器输出端相连用于提取均匀分布的随机数，高斯随机数生成器与量子真随机数提取器输出端相连，生成的高斯随机数存入八位寄存器，高斯随机数生成器包含四位只读存储器和乘法器。本发明利用单光子脉冲到达时间间隔服从指数分布特性产生仿核脉冲时间，利用单光子脉冲提取均匀分布随机数产生高斯分布随机数作为仿核脉冲幅值。本发明的仿核脉冲产生方法实现简单，灵活性高、随机性好且具有连续性。

本发明涉及单光子探测技术领域，具体的说，公开了一种仿核脉冲产生装置，同时公开了其方法。

背景技术

仿核脉冲可以仿真核信号的时间与幅值特性，广泛运用于各大核信号研究实验室、工厂、地质勘测。仿核脉冲信号可用于标定各种核粒子探测和能谱设备，为核信号处理系统的研制提供信号源。放射性核素的衰变在时间上是随机的，核能级的统计特性使衰变产生的射线在能量上也是具有随机性，具体表现为对单一能量的核辐射对应的脉冲，在幅度上基本符合高斯分布，在时间间隔上则符合指数分布。

从目前的研究成果来看，仿核信号发生器主要分为模拟式和数字式两类。现有的仿核脉冲随机源利用半导体材料的热噪声作为真随机源或者利用算法产生伪随机码，随机数的产生速率不高，不能精确产生仿核脉冲，稳定性不好，系统复杂或者需要大量的后续处理等技术问题。基于FPGA的仿核信号产生的设计方法，FPGA作为核心控制器通过LFSR 法对寄存器移位直接在寄存器中的到均匀随机数，通过Box-Muller算法进行高斯分布随机数的提取，利用FPGA的锁相环(PLL)对核脉冲频率的进行动态配置，该方法产生的随机数为伪随机数，随机性不好。

总体来说，仿核脉冲产生技术研究及产品开发还处于起步和摸索阶段，没有掌握相关的核心技术，不管是从种类还是从性能上，都处于相对落后的阶段，因此，加紧对此类产品的研制意义重大。

发明内容

为了解决现有的仿核脉冲随机数的产生速率低，随机性差，可靠性不高，稳定性不好，系统复杂或者需要大量的后续处理等技术问题，本发明针对所存在的技术问题提出一种仿核脉冲产生装置及方法，具体解决方案如下：

一种仿核脉冲产生装置，包括依次连接的单光子源、单光子探测器、量子真随机数提取器、高斯随机数生成器、八位寄存器、乘法器、数字模拟转换器；

所述单光子源输出离散的光子序列到单光子探测器；

所述单光子探测器通过支路上的启动转换控制器与数字模拟转换器连接；

所述乘法器还外接指数波形数据存储器。

所述单光子源包括依次排列设置的LED灯、衰减片、滤光片、可调节光阑。

所述高斯随机数生成器包括第一只读存储器、第二只读存储器和乘法器。

第一只读存储器、第二只读存储器的数据输出端均与乘法器相连。

第一只读存储器、第二只读存储器的地址线分别与量子真随机数提取器输出数据线的高、低四位相连，所述第一只读存储器、第二只读存储器的位宽均为4，存储单元数均为16。

所述单光子探测器是光电倍增管、微通道板或雪崩光电二极管的一种。

所述的量子真随机数提取器、高斯随机数生成器、八位寄存器、指数波形数据存储器、乘法器、启动转换控制器均用FPGA实现。

一种仿核脉冲产生方法，包括以下步骤：

1】产生离散单光子脉冲信号；

在单光子源内，LED灯产生强光信号，光信号经衰减片，滤光片及可调节光阑后输出离散的单光子序列，单光子探测器将离散单光子序列转换为随机的单光子脉冲信号；