[发明专利]一种基于最佳滤波器的梯形成形方法、系统、终端及介质

说明书

本发明公开了一种基于最佳滤波器的梯形成形方法、系统、终端及介质，涉及核信息获取与处理领域，其技术方案要点是：CR‑RCm滤波器将探测器输出的单指数衰减脉冲成形为类高斯信号；以类高斯信号的时域表达式作为梯形成形滤波器的输入信号，梯形成形滤波器将输入信号成形为梯形脉冲输出。探测器输出脉冲信号共历经两种算法的滤波成形计算，当经过第一级最佳滤波后，由于RC电路的固有特性产生弹道亏损，使得滤波后的类高斯信号幅度明显降低，获得最好的信噪比；再将最佳滤波后的类双指数衰减脉冲看作是独立的脉冲信号，通过梯形成形滤波器成形后，不仅能够使脉冲宽度有效变窄，同时得到更高的信噪比。

技术领域

本发明涉及核信息获取与处理领域，更具体地说，它涉及一种基于最佳滤波器的梯形成形方法、系统、终端及介质。

背景技术

相比于辐射探测领域的传统模拟多道分析器，数字多道脉冲幅度分析系统以其设计简便、算法实现精准的优势，在绝大部分核测应用中取代了传统多道。数字多道与模拟多道最明显的区别在于：前者无需复杂的滤波成形电路，仅利用模拟数字转换芯片(ADC)将核脉冲波形数字化后，在后端处理器中对信号进行滤波成形和幅度分析等过程。

数字滤波成形算法中，梯形成形和CR-RCm算法应用最为普遍。梯形成形使原本近似于单指数衰减的探测器输出脉冲信号成形为梯形脉冲，梯形脉冲脉宽窄可有效避免指数衰减信号造成的脉冲尾堆积现象，同时梯形脉冲顶部平坦便于提取脉冲峰值。但梯形成形算法抗噪能力较差，在信噪比较差的应用场景中，只有通过加长梯形脉冲宽度来提高信噪比；CR-RCm成形是对噪声理论中最佳滤波器的近似模拟，探测器输出信号首先经过CR微分电路，在经过若干级RC积分电路，使脉冲信号信噪比达到最高。后级RC级数越多，成形后脉冲越接近高斯形脉冲，导致脉冲宽度过大，易产生信号堆积。

因此，如何研究设计一种能够克服现有数字滤波成形算法在探测器输出脉冲信号中应用缺陷的技术是我们目前急需解决的问题。

发明内容

为解决现有数字滤波成形算法在探测器输出脉冲信号中应用缺陷的问题，本发明的目的是提供一种基于最佳滤波器的梯形成形方法、系统、终端及介质，在最佳滤波算法基础上级联梯形成形算法，在有效提高信噪比的同时，使成形后信号保持较窄的脉冲宽度，该方法可应用于信噪比较差且计数率较高的辐射探测应用场景，如利用衬硼正比计数管测量反应堆源区中子通量时，通过脉冲幅度谱设置有效的甄别阈值。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，提供了一种基于最佳滤波器的梯形成形方法，包括以下步骤：

CR-RCm滤波器将探测器输出的单指数衰减脉冲成形为类高斯信号；

以类高斯信号的时域表达式作为梯形成形滤波器的输入信号，梯形成形滤波器将输入信号成形为梯形脉冲输出。

进一步的，所述CR-RCm滤波器成形具体为：通过Z变换将探测器输出的单指数衰减脉冲从时域变换至Z域，并在Z域中将脉冲函数和传递函数做乘积，再反变换回时域。

进一步的，所述类高斯信号在Z域的表达式具体为：

数字能谱系统中ADC常常工作在过采样状态，即T＜＜τ_RC，故A≈1，则简化为：

其中，A＝(k·d+1-d)÷(k+1-d)；B＝(k·d)÷(k+1-d)；d＝τ_RC÷(τ_RC+T)；k为极零相消电路中与微分电容相并联的电阻与串联电阻之比；τ_RC是RC积分电路时间常数；T是离散化时的采样周期。

进一步的，所述类高斯信号的时域表达式为离散表达式，具体为：