專利名稱：核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)核信號(hào)的隨機(jī)特性進(jìn)行模擬的方法。
背景技術(shù)：
在進(jìn)行數(shù)字化核信號(hào)處理方法和核儀器研究中，處理方法與設(shè)備性能的可靠性都 是建立在對(duì)大量核信號(hào)分析的基礎(chǔ)上才能得到保證。核信號(hào)可以借助放射源產(chǎn)生，而在實(shí) 際的工作環(huán)境中，放射源的使用往往受到工作場(chǎng)地、時(shí)間等條件的限制；特別是，長(zhǎng)時(shí)間的 射線照射會(huì)對(duì)工作者的身體健康帶來(lái)嚴(yán)重影響。因此，模擬產(chǎn)生豐富多樣的核隨機(jī)信號(hào)就 顯得非常必要。由于放射性核素衰變的隨機(jī)性，探測(cè)器中產(chǎn)生的電離、激發(fā)、光電轉(zhuǎn)換及電子倍增 等也是隨機(jī)的。核輻射探測(cè)器的電輸出信號(hào)的隨機(jī)特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為脈沖幅度和相鄰脈沖 的時(shí)間間隔的隨機(jī)性。目前的核隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器對(duì)這種隨機(jī)特性進(jìn)行模擬時(shí)，或者簡(jiǎn)單設(shè) 計(jì)為單一的均勻分布、高斯分布、指數(shù)分布、多項(xiàng)式分布及泊松分布等基本分布，或者設(shè)計(jì) 為這些基本分布的簡(jiǎn)單組合，而實(shí)際上核信號(hào)的隨機(jī)特性往往較為復(fù)雜，用為數(shù)不多的基 本分布加以描述是不準(zhǔn)確的，難以滿足隨機(jī)特性的靈活性和多樣性要求。另外，目前的核隨 機(jī)信號(hào)發(fā)生器并未對(duì)測(cè)試條件或環(huán)境_如探測(cè)器的分辨率、放射現(xiàn)場(chǎng)、譜漂移等_加以考 慮。因此，由這些信號(hào)發(fā)生器提供給譜儀的脈沖信號(hào)其隨機(jī)性具有單一和不靈活的特點(diǎn)，同 時(shí)也不能對(duì)放射性現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行逼真模擬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種對(duì)核信號(hào)的隨機(jī)特性進(jìn)行模擬的方法。該方法克服了 上述不足。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明所涉及的一種對(duì)核信號(hào)隨機(jī)特性進(jìn)行模擬的方法，采用參數(shù)化模型，可以 方便、靈活地對(duì)放射現(xiàn)場(chǎng)的核信號(hào)隨機(jī)特性進(jìn)行學(xué)習(xí)并通過(guò)隨機(jī)抽樣進(jìn)行逼真模擬；可根 據(jù)需要調(diào)整模型參數(shù)以適應(yīng)不同放射性測(cè)量條件及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬，例 如，可通過(guò)調(diào)整參數(shù)以模擬由探測(cè)器分辨率和輻射強(qiáng)度的變化以及核能譜漂移等因素帶來(lái) 的統(tǒng)計(jì)特性的變化；另外，也可產(chǎn)生多種波形的脈沖信號(hào)。該模擬方法產(chǎn)生的核隨機(jī)信號(hào)滿 足了在核儀器與核信號(hào)處理方法研究中對(duì)核信號(hào)多樣化的要求。所述核信號(hào)隨機(jī)特性模擬 方法，其特征在于包括DSP數(shù)字信號(hào)處理器、探測(cè)器、信號(hào)處理模塊、多道數(shù)據(jù)采集分析模 塊、電源管理模塊、多通道模擬信號(hào)輸出模塊、人機(jī)接口(含液晶顯示器和鍵盤)等硬件模 塊；其特征在于還包括參數(shù)化模型的軟件模塊。所述DSP數(shù)字信號(hào)處理器與多道數(shù)據(jù)采集 分析模塊、多通道模擬信號(hào)輸出模塊及人機(jī)接口(含液晶顯示器和鍵盤)相連，另外還與計(jì) 算機(jī)相連；信號(hào)處理模塊分別與多道數(shù)據(jù)采集分析模塊和探測(cè)器相連；所述多道數(shù)據(jù)采集 分析模塊與DSP數(shù)字信號(hào)處理器相連。1、按照本發(fā)明提供的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，其特征在于采用了高性能的DSP數(shù)字信號(hào)處理器，將控制與數(shù)值計(jì)算功能融為一體。2、按照本發(fā)明提供的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，其特征在于DSP與多通道模擬 信號(hào)輸出模塊相連。3、按照本發(fā)明提供的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，其特征在于置有探測(cè)器通道，含 信號(hào)處理模塊、多道數(shù)據(jù)采集分析模塊。4、按照本發(fā)明提供的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，其特征在于有a、Y及χ三種射 線探測(cè)通道，探測(cè)通道電路板采用分離式插接。5、按照本發(fā)明提供的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，其特征在于置有與計(jì)算機(jī)連接 的接口。6、按照本發(fā)明提供的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，其特征在于置有鍵盤和LCD人 機(jī)接口。7、按照本發(fā)明提供的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，其特征在于還包括參數(shù)化模型 的軟件模塊(1)通過(guò)探測(cè)器通道對(duì)放射現(xiàn)場(chǎng)的核脈沖幅度和相鄰脈沖時(shí)間間隔進(jìn)行不間斷統(tǒng) 計(jì)；(2)利用小波分析方法對(duì)所得的脈沖幅度和相鄰脈沖時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分 解，提取多分辨率模型；(3)模擬時(shí)，對(duì)多分辨率模型進(jìn)行分解，運(yùn)用正態(tài)組合對(duì)所得的多分辨率模型再次 建立參數(shù)化統(tǒng)計(jì)模型，并采用隨機(jī)抽樣產(chǎn)生核隨機(jī)信號(hào)；(4)為了對(duì)探測(cè)器通道中高速A/D轉(zhuǎn)換器采集的大量量化數(shù)據(jù)進(jìn)行再現(xiàn)，采用了 小波壓縮技術(shù)，節(jié)省了存儲(chǔ)空間。(5)通過(guò)對(duì)正態(tài)組合模型的參數(shù)調(diào)整以模擬由探測(cè)器分辨率和輻射強(qiáng)度的變化等 因素帶來(lái)的統(tǒng)計(jì)特性的變化；(6)可以用隱MARKOV雙重模型對(duì)由環(huán)境引起的能譜漂移進(jìn)行模擬即用模擬環(huán)境 條件的狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型對(duì)高斯組合模型的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，用正態(tài)組合抽樣實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有益效果是采用了高性能的DSP數(shù)字信號(hào)處理器，將控制與數(shù)值計(jì)算功能融為一體，可以從 放射現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)獲取測(cè)量的數(shù)據(jù)，經(jīng)高速信號(hào)處理提取核信號(hào)的脈沖幅度和相鄰脈沖時(shí)間間 隔的參數(shù)化統(tǒng)計(jì)模型，這一過(guò)程稱為學(xué)習(xí)過(guò)程；據(jù)參數(shù)化統(tǒng)計(jì)模型產(chǎn)生脈沖信號(hào)以模擬所 測(cè)的放射現(xiàn)場(chǎng)，還可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)模型的參數(shù)調(diào)整以模擬由探測(cè)器分辨率和放射現(xiàn)場(chǎng)的變化 以及核能譜漂移等因素帶來(lái)的統(tǒng)計(jì)特性的變化，產(chǎn)生豐富多樣的統(tǒng)計(jì)模型，以滿足譜儀對(duì) 核信號(hào)隨機(jī)特性的多樣化要求，同時(shí)節(jié)省了存儲(chǔ)空間，提高了靈活性。另外，DSP的高效控 制功能可以快速地與人機(jī)接口(含液晶顯示器和鍵盤)及計(jì)算機(jī)通訊，以便從計(jì)算機(jī)下載 能譜及時(shí)間間隔統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，同時(shí)液晶顯示器能實(shí)時(shí)顯示能譜的統(tǒng)計(jì)漲落過(guò)程，鍵盤可以用 來(lái)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。在波形輸出上，采用了脈沖、高斯、指數(shù)等多通道，以滿足譜儀對(duì)核信號(hào) 波形多樣化的要求。在結(jié)構(gòu)上，采取了探測(cè)器通道電路板與DSP主板分離的方式，方便了 a、 Y及Χ三種射線測(cè)量電路板的互換，也使儀器更為緊湊。


圖1為本發(fā)明提供的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法的模塊連接原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述圖1為本發(fā)明提供的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法的模塊連接原理圖。如圖中所示， 所述核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，其特征在于包括DSP數(shù)字信號(hào)處理器、探測(cè)器、信號(hào)處理 模塊、多道數(shù)據(jù)采集分析模塊、電源管理模塊、多通道模擬信號(hào)(含高斯、指數(shù)、矩形脈沖信 號(hào))輸出模塊、人機(jī)接口(含液晶顯示器和鍵盤)等模塊。所采用的DSP數(shù)字信號(hào)處理器每秒可以執(zhí)行數(shù)億次指令，多級(jí)流水線，數(shù)十個(gè)可 編程通用輸入/輸出(GPIO)引腳，可達(dá)數(shù)兆字節(jié)的線性程序/數(shù)據(jù)地址，具有高效的數(shù)字 信號(hào)處理功能和控制功能，將控制與數(shù)值計(jì)算功能融為一體。DSP數(shù)字信號(hào)處理器與探測(cè) 器通道-即探測(cè)器、信號(hào)處理模塊和多道數(shù)據(jù)采集分析模塊組成的通道-相連，可以實(shí)時(shí)獲 取所測(cè)對(duì)象或環(huán)境的數(shù)據(jù)_即核信號(hào)的脈沖幅度統(tǒng)計(jì)特性(能譜)和相鄰脈沖時(shí)間間隔的 統(tǒng)計(jì)特性。運(yùn)用DSP數(shù)字信號(hào)處理器建立參數(shù)模型的過(guò)程是一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)信息的收集與學(xué)習(xí)過(guò) 程，其方法如下(1)通過(guò)探測(cè)器通道對(duì)放射現(xiàn)場(chǎng)的核脈沖幅度和相鄰脈沖時(shí)間間隔進(jìn)行不間斷統(tǒng)計(jì)。(2)利用小波分析方法對(duì)所得的脈沖幅度和相鄰脈沖時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分 解，提取多分辨率模型設(shè)核信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性服從f(t)密度分布，采用多分辨率方法進(jìn)行隨機(jī)特性模型 參數(shù)的提取，就是將各子頻帶的重要小波系數(shù)作為f(t)的模型參數(shù)，由這些參數(shù)重構(gòu)的密
度函數(shù)作為f(t)的近似，只要參數(shù)合理，就可以達(dá)到任意的近似精度。首先，給定允許的二范數(shù)相對(duì)誤差％，選取比例系數(shù)λ (0彡λ彡1)，并按下式設(shè) 定各頻帶下的閾值Tj = Axmax{|i/,0)|}, I^j(1)TA1 =λα χ max I}, Aa= λ -1(2)其中，Ti表示分辨率a = 2J下的高頻部分的閾值，TA1表示分辨率a = 21下的低 頻部分的閾值，max ||<〉)|j表示該分辨率下小波變換高頻系數(shù)的最大絕對(duì)值，1為小波分解
層數(shù)；maxjldj表示經(jīng)1層分解最后得到的小波低頻系數(shù)的最大絕對(duì)值。f(t)的小波高頻系數(shù)經(jīng)1層閾值處理后，變?yōu)?br> uu)^ " “」 j = 1,2,..., 1-1,1(3)
10 IO η第1層低頻系數(shù)經(jīng)閾值處理后，變?yōu)?br> 權(quán)利要求
1.核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，可對(duì)核信號(hào)隨機(jī)特性進(jìn)行逼真模擬，也可輸出多種波形 的核信號(hào)。其特征在于包括DSP數(shù)字信號(hào)處理器、探測(cè)器、信號(hào)處理模塊、多道數(shù)據(jù)采集分 析模塊、電源管理模塊、多通道模擬信號(hào)輸出模塊、人機(jī)接口等硬件模塊；另外，還包括參數(shù) 化模型的軟件模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，其特征在于所述DSP數(shù)字信號(hào) 處理器與多道數(shù)據(jù)采集分析模塊、多通道模擬信號(hào)輸出模塊及人機(jī)接口(含液晶顯示器和 鍵盤)相連，另外還通過(guò)SCI線與計(jì)算機(jī)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，其特征在于信號(hào)處理模塊分別 與多道數(shù)據(jù)采集分析模塊和探測(cè)器相連；所述多道數(shù)據(jù)采集分析模塊與DSP數(shù)字信號(hào)處理 器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，其特征在于置有探測(cè)器通道，含 信號(hào)處理模塊、多道數(shù)據(jù)采集分析模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，其特征在于探測(cè)通道電路板與 DSP主板的連接采取分離式插接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，其特征在于還包括參數(shù)化模型 的軟件模塊(1)通過(guò)探測(cè)器通道對(duì)放射現(xiàn)場(chǎng)的核脈沖幅度和相鄰脈沖時(shí)間間隔進(jìn)行不間斷統(tǒng)計(jì)；(2)利用小波分析方法對(duì)所得的脈沖幅度和相鄰脈沖時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分解， 提取多分辨率模型；(3)模擬時(shí)，對(duì)多分辨率模型進(jìn)行分解，運(yùn)用正態(tài)組合對(duì)所得的多分辨率模型再次建立 參數(shù)化統(tǒng)計(jì)模型，并采用隨機(jī)抽樣產(chǎn)生核隨機(jī)信號(hào)；(4)為了對(duì)探測(cè)器通道中高速A/D轉(zhuǎn)換器采集的大量量化數(shù)據(jù)進(jìn)行再現(xiàn)，采用了小波 壓縮技術(shù)，節(jié)省了存儲(chǔ)空間。(5)通過(guò)對(duì)正態(tài)組合模型的參數(shù)調(diào)整以模擬由探測(cè)器分辨率和輻射強(qiáng)度的變化等因素 帶來(lái)的統(tǒng)計(jì)特性的變化；(6)可以用隱MARKOV雙重模型對(duì)由環(huán)境引起的能譜漂移進(jìn)行模擬即用模擬環(huán)境條件 的狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型對(duì)正態(tài)組合模型的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，用正態(tài)組合抽樣實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種核信號(hào)隨機(jī)特性模擬方法，包括DSP數(shù)字信號(hào)處理器、探測(cè)器、信號(hào)處理模塊、多道數(shù)據(jù)采集分析模塊、電源管理模塊、多通道模擬信號(hào)輸出模塊、人機(jī)接口等模塊；所述DSP數(shù)字信號(hào)處理器與多道數(shù)據(jù)采集分析模塊、多通道模擬信號(hào)輸出模塊及人機(jī)接口相連，另外還與計(jì)算機(jī)相連；所述信號(hào)處理模塊分別與多道數(shù)據(jù)采集分析模塊和探測(cè)器相連；所述多道數(shù)據(jù)采集分析模塊與DSP數(shù)字信號(hào)處理器相連。該模擬方法采用參數(shù)化模型，可以方便、靈活地對(duì)放射現(xiàn)場(chǎng)的核信號(hào)隨機(jī)特性進(jìn)行學(xué)習(xí)并通過(guò)隨機(jī)抽樣進(jìn)行逼真模擬；可根據(jù)需要調(diào)整模型參數(shù)以適應(yīng)不同放射性測(cè)量條件及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的核信號(hào)隨機(jī)特性模擬；另外，也可產(chǎn)生多種波形的脈沖信號(hào)。該模擬方法產(chǎn)生的核隨機(jī)信號(hào)滿足了在核儀器與核信號(hào)處理方法研究中對(duì)核信號(hào)多樣化的要求。
文檔編號(hào)G01T7/00GK102073060SQ200910216308
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者丁衛(wèi)撐, 劉念聰, 劉易, 周偉, 方方, 王敏, 王超, 閻萍, 黃洪全, 龔迪琛 申請(qǐng)人:成都理工大學(xué)