本發(fā)明涉及一種基于向量反饋的脈沖波形修正方法。

背景技術(shù)：

1、在核輻射探測器前端模擬系統(tǒng)中，為應(yīng)對某些具體輻射場景而需要設(shè)計相對復雜的模擬調(diào)理電路進行核脈沖信號的調(diào)理，這樣調(diào)理后的脈沖信號表現(xiàn)出高階復雜性。為了獲取這些脈沖信號的幅值，還要對它們進行數(shù)字化波形成形(例如，標準高斯，準高斯s-k，梯形，子彈形以及其它新出現(xiàn)的成形方法等)，而根據(jù)實際應(yīng)用需要可能會隨時更換具體數(shù)字化波形成形方法。

2、在前端模擬調(diào)理電路設(shè)計并制作完成而固化后，其輸出的高階復雜脈沖信號所含的信號分量類型及分量構(gòu)成比例就確定不變了。但所測量的輻射場景并非固定不變，例如在輻射強度不同的情況下，發(fā)生脈沖信號重疊的概率及重疊深度不同。另外，根據(jù)需要所選擇的數(shù)字化波形成形方法種類多種多樣且波形寬度不一(波形寬度對成形的影響：為了適應(yīng)高計數(shù)率的核脈沖測量，必須大大縮短數(shù)字化成形后的脈沖寬度，而前端模擬電路輸出的每個脈沖都含多個分量且各分量的時間寬度均較大，那么數(shù)字化成形時，在脈沖信號中只有小段時間對應(yīng)的信息對成形有影響，導致成形后的脈沖不能充分反應(yīng)復雜信號的豐富信息特征)。以上情況表明，固化后的前端模擬調(diào)理電路與變化的輻射場景及種類變化的數(shù)字化波形成形方法三者之間難以實現(xiàn)完美匹配的效果。例如，在高計數(shù)率輻射場景下發(fā)生嚴重脈沖重疊時，重疊的脈沖個數(shù)多，且脈沖之間時間間隔極其??；而在這些重疊的脈沖中，每一個脈沖都是含多個脈沖分量的高階復雜信號；所以，在嚴重脈沖重疊時，實際上是數(shù)量更多的脈沖分量發(fā)生堆積，例如，假設(shè)m個n階脈沖發(fā)生重疊，實際上是m*n個脈沖分量的堆積。

3、綜上所述，為了使高階復雜的模擬脈沖信號與所測量場景輻射的變化及數(shù)字化波形成形方法的多樣性相適應(yīng)，就應(yīng)該根據(jù)具體應(yīng)用情況對這些模擬脈沖信號進行信號波形的變化或修正。本方法針對含有多個分量的高階模擬脈沖信號進行參數(shù)的修正，以適應(yīng)具體的應(yīng)用場景及后續(xù)的數(shù)字成形方法，為能譜的精確測量提供保障。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于公開一種基于向量反饋的脈沖波形修正方法，用于對核輻射探測儀前端模擬系統(tǒng)輸出的高階復雜模擬脈沖信號進行波形修正，使修正后的脈沖波形與所測量場景輻射的變化及數(shù)字化波形成形方法的多樣性相適應(yīng)，為后續(xù)能譜的精確測量提供保障。本方法基于系統(tǒng)狀態(tài)向量的反饋，通過狀態(tài)向量的矩陣變換算法，將核輻射探測儀前端模擬系統(tǒng)輸出的n階原始脈沖信號修正為期望的脈沖波形，并給出了對修正后的脈沖進行波形成形的遞推算法。

2、本發(fā)明對核輻射探測儀前端模擬系統(tǒng)輸出的高階復雜脈沖信號進行波形修正，并對修正后的脈沖進行波形成形，是通過以下步驟①～⑥實現(xiàn)的。

3、步驟①寫出修正前n階脈沖信號g(t)和修正后n階脈沖信號g′(t)的時域表達形式，所期望的脈沖波形參數(shù)根據(jù)需要自行設(shè)定。

4、步驟②將修正前n階脈沖信號g(t)當作系統(tǒng)g(s)的單位沖激響應(yīng)，并求g(s)的狀態(tài)空間向量表達式，按如下步驟(1)、(2)進行：

5、(1)對時域函數(shù)g(t)進行s域變換，得到g(s)的s域表達式，g(s)既是g(t)的s域表達式又作為系統(tǒng)函數(shù)。

6、(2)寫出系統(tǒng)g(s)的狀態(tài)空間表達式，再用參數(shù)矩陣表示g(s)。

7、步驟③基于狀態(tài)向量反饋以實現(xiàn)期望信號g′(t)的狀態(tài)向量表達式，按如下步驟(1)～(3)進行：

8、(1)首先，對期望信號g′(t)進行s變換，得到其s域表達式。

9、(2)其次，對系統(tǒng)g(s)引入狀態(tài)向量負反饋，得到閉環(huán)系統(tǒng)g′(s)的狀態(tài)空間表達式，并求得閉環(huán)系統(tǒng)g′(s)的特征多項式；再繪出閉環(huán)系統(tǒng)框圖。

10、(3)然后，求閉環(huán)系統(tǒng)g′(s)的狀態(tài)空間表達式中的各參數(shù)。

11、步驟④根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)g′(s)的狀態(tài)空間表達式，求脈沖信號g(t)修正為期望信號g′(t)的遞推算法，按如下步驟(1)～(2)進行：

12、(1)基于閉環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)表達式，求含有原始信號g(s)的s域系統(tǒng)輸出方程，再繪出g′(s)的開環(huán)形式的系統(tǒng)框圖。

13、(2)基于系統(tǒng)的輸出方程，求原始信號g(t)修正為期望信號g′(t)的遞推算法。此時，由于輸入r(s)＝1，則系統(tǒng)的輸出信號y(t)與g′(t)為同一信號，及y(t)＝g′(t)。

14、以上步驟①～④給出了由原始信號g′(t)修正為期望脈沖g′(t)的完整算法，以下步驟⑤、⑥將給出在具體應(yīng)用中對修正后的脈沖進行波形成形的時域遞推算法。

15、步驟⑤由修正后的脈沖g′(k)求取成形算法h(z)：

16、首先，求g′(s)的z域表達式。

17、其次，求g′(k)成形為v(k)的算法h(z)；波形v(k)根據(jù)需要而定，例如梯形、高斯或平頂彈頭等波形。

18、步驟⑥由步驟⑤所求的成形算法h(z)，求y(k)成形為y′(k)的時域成形遞推算法：

19、首先，給出y(k)成形為y′(k)的z域算法；y′(k)與v(k)有相似的波形特征，但二者不是同一信號。

20、然后，基于z域成形算法得出y(k)成形為y′(k)的時域遞推算法。

21、通過步驟①～⑥，將n階復雜脈沖信號修正為期望的脈沖波形，并舉例給出了將修正后的脈沖進行波形成形的遞推算法。

22、本發(fā)明的有益效果是：

23、當核輻射探測器前端模擬調(diào)理電路設(shè)計并制作完成而固化后，其輸出的高階復雜脈沖信號所含的信號分量類型及分量構(gòu)成比例就確定不變了；而所測量的輻射場景并非固定不變；另外，根據(jù)需要所選擇的數(shù)字化波形成形方法種類多種多樣且波形寬度不一。因此，須對固化的前端模擬調(diào)理電路輸出的脈沖進行波形修正，使修正后的脈沖波形特性與變化的輻射場景及所需的數(shù)字化波形成形方法相匹配。

24、綜上所述，為了使高階復雜的模擬脈沖信號與所測量場景輻射的變化及數(shù)字化波形成形方法的多樣性相適應(yīng)，就應(yīng)該根據(jù)具體應(yīng)用情況對這些模擬脈沖信號進行信號波形的變化或修正。本方法針對含有多個分量的高階模擬脈沖信號進行參數(shù)的修正，以適應(yīng)具體的應(yīng)用場景及數(shù)字成形方法，為能譜的精確測量提供保障。

25、針對核輻射探測器前端模擬調(diào)理電路所輸出的高階復雜脈沖信號，采用基于狀態(tài)向量反饋的波形修正方法，其優(yōu)勢在于：(1)將復雜脈沖的“高階性”映射為狀態(tài)向量的“高維度”，在狀態(tài)向量空間中進行矩陣變換實現(xiàn)參數(shù)的修正，使修正后的脈沖滿足期望的波形，這解決了“高階復雜脈沖”的波形修正問題；(2)“高階復雜脈沖”的“修正”演變?yōu)榛跔顟B(tài)向量的“系統(tǒng)框圖”的“開環(huán)-閉環(huán)-開環(huán)變遷”，使“修正”算法變得直觀、方便、快捷；(3)使得“根據(jù)實際需要進行期望波形的任意設(shè)定”成為可能；(4)實現(xiàn)了：模擬脈沖信號的“高階復雜性”、輻射場景的“多變性”及數(shù)字化波形成形方法的“多樣性”三者之間的完全契合，確保了成形的規(guī)范性及能譜測量的準確性。

技術(shù)特征：

1.一種基于向量反饋的脈沖波形修正方法，其特征在于，對高階復雜的脈沖信號進行波形修正是通過以下步驟①～⑥實現(xiàn)的：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于向量反饋的脈沖波形修正方法，用于對核輻射探測儀前端模擬系統(tǒng)輸出的高階復雜模擬脈沖信號進行波形修正，使修正后的脈沖波形與所測量場景輻射的變化及數(shù)字化波形成形方法的多樣性相適應(yīng)，為后續(xù)能譜的精確測量提供保障。本方法基于系統(tǒng)狀態(tài)向量的反饋，通過狀態(tài)向量的矩陣變換算法，將高階原始脈沖信號修正為期望的脈沖波形，并給出了對修正后的脈沖進行波形成形的遞推算法。

技術(shù)研發(fā)人員：黃洪全,馬興科,徐鑫航,丁衛(wèi)撐,聶蔾,陳德杰,王秋懿,管奕,陳聞,熊霖
受保護的技術(shù)使用者：成都理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5