卷积型类高斯成形滤波算法研究及应用

高斯信号具有对称性和完备性,因此高斯滤波方法在核信号处理以及辐射能谱分析时得到大量使用。目前构造实时处理核脉冲信号的真高斯成形滤波器尚有难度,实际常用数字类高斯成形算法主要是基于模拟核电子学中Sallen-Key滤波器和CR-(RC)~n滤波器的电路微分方程推导而得到,其输出的类高斯脉冲信号对称性较差、单级使用时存在下冲等问题。本文提出一种卷积型类高斯成形滤波算法,它以梯形脉冲信号为基础,经过第一次卷积实现双极性脉冲成形,再次卷积进行累加求和从而得到左右对称的类高斯脉冲,利用Z变换方法推导出该算法的数字递推公式。通过仿真模拟研究了算法的有效性和成形参数对幅频特性的影响规律,成形参数n_a和n_c取值增大时,滤波器通频带减小,低频成分幅度相对增加,高频噪声抑制作用增强,但也导致成形脉冲变宽,增加了脉冲堆积概率。最后,利用搭建的X射线荧光测量系统实验平台获取实测核脉冲数据,分别应用类高斯成形算法和梯形成形算法进行离线处理,实验结果表明:该类高斯成形算法具有更好的堆积脉冲分离能力,在相同的X光管管压和管流条件下,设置相同的达峰时间,两者所得能谱的能量分辨率基本相当,但是类高斯成形的能谱具有更高的特征峰面积和总计数。

基于三角函数的核信号类高斯成形算法研究

高斯信号具有高信噪比、抗弹道亏损和易于提取幅度等优点。因此,在核辐射测量系统中,核信号的高斯成形被广泛应用于探测器输出信号的滤波和幅度提取。然而,目前实时高斯成形核脉冲信号仍然具有挑战性。常见的Sallen-Key滤波器和CR-(RC)^(m)滤波器输出的类高斯信号还存在对称性差和下冲等问题。本文提出了一种基于三角函数的双指数信号类高斯脉冲成形算法。该算法以三角函数为基础,通过平移和反转可得到左右对称的类高斯信号(1-cosx),采用Z变换方法推导了该算法的数字递推式。仿真和实测结果表明:在相同达峰时间条件下,相较于正弦函数(sin)脉冲成形,类高斯脉冲成形具有更好的滤波性能,信噪比(SNR)提升了8.95%。同时,类高斯脉冲成形所得能谱的能量分辨率较sin脉冲成形更优。与梯形脉冲成形相比,类高斯脉冲成形具有更好的堆积脉冲分离能力,展现出良好的应用前景。

基于小波变换的双指数信号高斯脉冲成形算法研究

高斯脉冲具有信噪比高、弹道亏损小的优点,因此,在核辐射测量系统中常将核辐射探测器输出信号成形为高斯波形。核辐射探测器实际输出的核脉冲信号更接近于双指数信号,因此在小波变换的基础上,利用卷积运算的微分特性,提出了双指数信号高斯脉冲成形算法,并建立了成形系统的冲激响应。采用模拟核脉冲信号,从时域和频域两方面研究了成形参数对成形脉冲形状、滤波特性的影响规律;采用FAST硅漂移探测器(Silicon Drift Detector,SDD)测量标准Mn样品获得实测核脉冲信号,分别进行高斯脉冲成形算法和梯形脉冲成形算法处理,并生成能谱;通过对比5.89 keV特征峰峰面积、能量分辨率,研究两种成形算法在能量分辨率和堆积脉冲分离方面的性能。结果表明:当达峰时间为3.2~6.4μs时,两种成形算法所得能谱的能量分辨率最佳,此时,两者之差小于5 eV;在相同达峰时间条件下,高斯脉冲成形算法的堆积脉冲分离能力优于梯形脉冲成形算法。

基于傅里叶变换的数字化脉冲对称高斯成形算法设计

随着高速模数转换器的出现,数字化脉冲滤波成形算法被广泛应用于核仪器。现行的滤波成形算法中梯形成形算法输出脉冲宽度可调,有利于提升核仪器的脉冲通过率;高斯成形算法具有优越的信噪比,使得核仪器的能量分辨率较优。为保留高斯成形算法的优点,提升其对重叠核脉冲的分辨能力,必须使其输出脉冲宽度变窄。该研究在假设输出脉冲形状为高斯函数、幅度与输入脉冲相等的情况下,基于傅里叶变换推导了数字化脉冲对称高斯成形算法的递推公式。该递推公式仅由乘法和加法运算构成,易于在现场可编程门阵列中实现。通过对理想脉冲仿真发现:随着输出脉冲标准差的增加,对称高斯成形算法成形后脉冲越宽,对重叠脉冲的分辨能力也越弱;对称高斯成形算法成形后脉冲宽度比梯形成形后最窄脉冲更小,说明对称高斯成形算法具有更优的重叠脉冲分辨能力。通过对18种信噪比的脉冲各10000次仿真发现:在同一输出脉冲标准差下,随着输入脉冲的信噪比增加,输出脉冲幅度均值先增加,当信噪比大于55 dB后输出脉冲幅度维持稳定;随着输出脉冲标准差增加,输出脉冲更平滑,结合频谱图发现切断频率亦更小,说明其去除噪声的能力更强,有利于提升核仪器的能量分辨率。在全反射X荧光仪硬件平台上现场测试发现:随着输出脉冲标准差增加,谱仪能量分辨率提升了5.42%,进一步证实了增大输出脉冲标准差可提升噪声去除能力、脉冲幅度提取亦更准确;能谱总计数率下降了13.02%,进一步证实了成形后脉冲越宽丢弃的重叠脉冲亦越多。上述结论充分证实本文所设计的对称高斯成形算法提升了高斯成形算法的重叠脉冲分辨能力,并能有效应用于数字化多道脉冲幅度分析器实现脉冲高速实时处理。

基于Sallen-Key滤波器的数字高斯成形方法的仿真

详细阐述了一种指数信号数字高斯成形技术的计算机仿真方法。首先,以Sallen-Key滤波器为基础,建立了指数输入信号和高斯输出信号之间的数学关系模型。该模型是一个二阶微分方程。其次,模型解算过程中利用数值微分算法得到一个数值递推解。通过计算机仿真该数值递推解实现了指数信号的数字高斯成形。最后,将成形模型应用于实际核脉冲信号分析系统中,通过计算机仿真确定了成形参数。

数字高斯脉冲成形算法仿真研究

高斯脉冲具有良好的时间、频率响应和较高的信噪比,探测器输出信号通常被滤波成形为高斯波形或类高斯波形。在高斯脉冲成形算法基础上,引入截止频率和品质因子,讨论成形参数对成形脉冲幅度、宽度的影响。通过与梯形脉冲成形算法对比,研究高斯脉冲成形算法的滤波效果以及对核信号幅度谱的作用。结果表明,在相同达峰时间条件下高斯脉冲成形算法具有更好的噪声抑制能力,同时可减小核信号幅度谱的半高宽;结合使用梯形脉冲成形算法可改善高斯脉冲成形算法在处理堆积脉冲中的不足,提高核信号通过率。

任意带高斯正形投影直角坐标系的最佳选取问题

根据正形投影的长度综合变形公式给出一种选取任意带高斯正形投影直角坐标系的新方法 ,理论和实例证明该方法较原文献介绍的方案能更好地抑制投影后的边长综合变形影响。

核脉冲信号数字高斯成形模型的建立与仿真

详细阐述了一种以Sallen-Key滤波器为基础的新型数字高斯成形的方法。运用二阶微分方程建立高斯成形数学模型,在模型解算过程中利用数值微分算法得到一个通用的输入信号与输出信号的数值递推解,从而实现了核脉冲信号的数字高斯成形。通过标准指数信号的模拟以及实际测量信号的模拟,确定了数字高斯成形的参数。

基于Multisim的核信号仿真与高斯成形研究

核信号的仿真与处理对核电子学电路的研究与核仪器的研发工作具有重要意义。在Multisim平台上通过对电压脉冲信号源与电流脉冲信号源的处理,模拟产生核脉冲信号,再设计相应的CR-（RC）^m与多级Sallen-Key电路,对模拟产生的核脉冲信号采用上述设计的电路实现其高斯成形。通过改变电路设计的参数,输出CR-（RC）^2、CR-（RC）^3,两级与四级Sallen-Key电路的高斯成形,通过与理论研究相比较,表明该研究取得较满意的效果,对核电子学电路设计、核仪器研发、与核信号处理具有一定的指导意义。

基于FPGA的伽马射线脉冲数字高斯成形算法研究

核能谱测量技术的数字化已成为一大发展趋势,而如何在数字化处理芯片上实现数字滤波成形算法是其关键技术之一。论文以S-K滤波器模型为基础对数字化伽马能谱测量中的数字高斯成形算法进行了推导分析和Matlab仿真,并结合SD编码方法对该算法进行了改进与优化,使其能够在FPGA芯片上予以编程实现,且通过具体的实验验证了该方法的正确性和可行性,效果良好。

基于ⅡR滤波器的核信号数字高斯成形方法

为适应数字化核仪器发展的趋势,研究了一种数字高斯滤波成形的方法。根据模拟高斯成形电路的频率响应,确定数字高斯成形滤波器的指标,设计了皿数字高斯成形滤波器。对实测核脉冲信号进行处理的结果显示,在滤除噪声的同时,可以将数字核脉冲信号成形为准高斯信号。该方法不仅可代替复杂的模拟滤波成形电路,而且能提高系统稳定性和抗干扰性。

基于采样定理的核信号数字高斯滤波成形研究

核能谱分析仪中,常采用模拟滤波成形电路处理探测器的输出信号,以满足后级电路对信号波形的需要并滤除噪声。由模拟电路实现的高斯成形系统,改变成形参数必须对硬件进行调整,灵活性及稳定性均不理想。为实现数字滤波成形,根据模拟Sallen-Key高斯滤波成形电路,推导出模拟高斯成形系统的冲激响应;再根据采样定理推导出了数字高斯成形系统的冲激响应。用该数字高斯成形系统对实测核脉冲信号进行处理的结果显示,数字核脉冲信号被滤波成形为准高斯信号,为核脉冲信号数字滤波成形的实现提供了一种新的实现方法。

基于双参数模型核脉冲信号数字高斯成形技术

阐述了一种基于脉宽和幅度双参数的新型核脉冲信号数字高斯成形模型的研究方法。以Sallen-Key滤波器(以下简称S-K滤波器)为基础,运用基尔霍夫电流定律建立输入信号Vi和输出信号Vo之间的数学关系方程。方程解算过程中,引入脉宽和幅度双因子进行参数替代,并运用数值微分算法迭代得到一个核脉冲信号数字高斯成形的数值递推模型。通过标准指数衰减信号和实际核信号仿真验证了该模型的正确性,也进行了成形参数的确定。最后,实测55Fe核素标准谱线的结果显示在能量色散X荧光分析系统中应用数字高斯成形技术,提升了系统能量分辨率和计数通过率等性能指标,收到了良好效果。

基于小波分析的高斯成形滤波的输出噪声

在研究高斯成形滤波器频率响应的基础上,计算了高斯成形滤波器的输出噪声功率谱和输出噪声均方值;通过选取合适的尺度参数,可以使输出的噪声均方值最小,获得最大信噪比。在忽略c噪声情况下求出的信噪比劣质系数,与文献给出的理论结果完全一致。

核信号高斯与梯形数字成形方法仿真及其评价

针对理想单脉冲负指数衰减核信号,建立了数值递推法的高斯核脉冲成形模型和Z变换法的梯形核脉冲成形模型,在MATLAB/Simulink环境下,运用DSP Builder系统级模型开发工具搭建了梯形核脉冲成形平台。通过改变脉冲成形参数,获得了脉宽、半高宽、峰高等信号特征量,并对高斯与梯形成形方法进行了仿真对比分析及其评价。结果表明,改进后的梯形成形方法成形速度快、灵敏度高、抗噪能力强,最终在FPGA板级测试验证了梯形成形方法的正确性,取得了较好的效果。

数字核脉冲信号高斯成形方法实现与对比分析

数字核脉冲信号的高斯成形,由于其实现简单、综合性能良好被广泛应用于数字核谱仪系统中。本文从Sallen-Key与CR-RCm电路的工作原理出发,推导了基于数字Sallen-Key与数字CR-RCm在时域中的高斯成形递推函数,分别获取Z 域中的传递函数,并对其幅频响应进行了分析。对实际采样核脉冲信号,分别采用数字Sallen-Key 与数字CR-RCm的递推函数实现了其高斯成形,随着成形参数的增加,成形结果越趋近于高斯形,成形脉冲也越宽。基于Si-PIN 探测器测量55Fe 射线源,获取不同高斯成形方法、不同成形参数下的能谱,结果表明:数字Sallen-Key表现出更好的能量分辨率性能,而数字CR-RCm表现出更好的计数率性能。

中红外波段仿蛾眼表面高斯面形抗反射微纳结构优化

基于严格耦合波分析理论,设计中波红外波段3~5μm的仿生蛾眼表面高斯面形周期阵列抗反射微纳结构,用三维有限时域差分法进行仿真模拟优化,分析了结构阵列周期、占空比、刻蚀深度对反射率和透过率的影响,比较高斯面形、抛物面形、圆锥形结构模型抗反射效果,给出了最优化参数组合。分析了加工过程中周期、占空比和刻蚀深度以及外部形状轮廓偏差对蛾眼微纳结构的影响,给出了在要求抗反射效果下允许的结构参数公差尺寸范围和建议加工尺寸,结果得到的抗反射结构反射率低于3%~5%,透过率高于90%。

基于Multisim/MATLAB的核脉冲信号高斯成形

核脉冲信号的高斯滤波成形广泛应用于核谱仪系统中。利用Multisim设计了CR-(RC)^(m)和多级Sallen-Key高斯成形电路,实现了模拟核脉冲信号在不同参数条件下的高斯成形;基于基尔霍夫定律分析推导出CR-(RC)^(m)和Sallen-Key电路的数值递推函数,在MATLAB平台中实现了实际核信号的数字化高斯成形处理。通过获取两种成形电路、数值递推丽数在不同参数下的高斯成形效果,结果表明仿真与实际核信号的高斯成形均能取得较理想的结果,为核脉冲信号的高斯滤波成形处理提供了设计参考。

任意带高斯正形投影平面直角坐标系统在武广客运专线勘测设计中的应用

由于定义国家大地坐标系的椭球面是一个凸起的不可展平的曲面,当采用高斯正形投影将曲面上的元素投影到平面上时,投影后的长度就会发生改变。当边长的两次归算投影改正不能满足2.5 cm/km的要求时,需要对坐标系统进行修正。结合武广客运专线勘测设计,分析引起投影变形的因素,研究改正投影误差的方法,并对任意带高斯正形投影平面直角坐标系统进行实践,取得良好的效果。

具有抵偿面任意带高斯正形投影直角坐标系的选择

一项工程的开始首先要选择正确的坐标系统,坐标系统选择得是否合适对整个工程质量至关重要,因此,我们要把坐标系统的选择作为首要重点工作对待。对于项目工程而言,建立独立坐标系统的目的是使投影长度变形控制在允许的误差范围之内。高斯-克吕格投影所建立的平面坐标系,或简称高斯平面直角坐标系,是大地测量、城市测量、普通测量、各种工程测量和地图制图中广泛采用的一种平面直角坐标系。本文根据正形投影的长度综合形变公式,推导出最佳方法。理论和实践均表明,该方法简洁、有效,能较好地抑制投影过程中的边长形变。本文就工程实践,介绍一种选取方法,研究建立城市抵偿坐标系解决变形问题。