【摘 要】
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核技术分析中最重要方法之一,就是核能谱信息的获取和处理。作为一种常见的研究手段,核能谱信息的获取和处理在许多基础和应用科学研究中起着至关重要的作用。从上个世纪末开始,作为核能谱测量工具的核能谱仪开始朝着数字化的方向发展,并且逐步取代传统的模拟核能谱仪,这标志着数字化的核信号处理技术成为主流的研究方向。在核能谱测量系统中,核信号在核辐射探测器的各个电路中传输过程一般表现为冲激、指数、双指数、阶跃等形
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核技术分析中最重要方法之一,就是核能谱信息的获取和处理。作为一种常见的研究手段,核能谱信息的获取和处理在许多基础和应用科学研究中起着至关重要的作用。从上个世纪末开始,作为核能谱测量工具的核能谱仪开始朝着数字化的方向发展,并且逐步取代传统的模拟核能谱仪,这标志着数字化的核信号处理技术成为主流的研究方向。在核能谱测量系统中,核信号在核辐射探测器的各个电路中传输过程一般表现为冲激、指数、双指数、阶跃等形式的脉冲,并叠加有噪声成分,且容易出现脉冲重叠,给后续脉冲参数（时间常数、幅值及产生时间等）的识别以及能谱的分析带来很大的干扰。因此核信号的数字化脉冲成形、脉冲参数的识别以及重叠脉冲的分解便是数字化核能谱测量技术中关键的环节。同时在核能谱测量系统中,实际测量情况的变化和硬件测量电路的误差,会让输出的脉冲波形参数发生细微的改变,若在成形过程中还使用改变发生之前的参数,则会出现异常成形的情况,进而影响到成形结果的准确性,给识别带来不确定的影响。若直接舍弃异常成形波形,则会失掉部分宝贵的实际测量数据导致测量结果不完整,同时也会降低整个能谱测量系统的精度。基于以上背景,本文从核脉冲信号的参数识别及成形参数自适应更新的关键问题进行了研究讨论,主要工作及成果如下:（1）从探测器输出端的RC电路及CR逆向电路的数学模型入手,分析了递推公式,并对几种脉冲形式（冲激、指数及双指数）的相互变化进行了分析,通过MATLAB平台探讨了不同的指数脉冲参数（幅值、衰减常数）、双指数脉冲参数（幅值、比例系数、慢时间常数及快时间常数）对脉冲波形的影响。（2）借助MATLAB平台,分析了衰减常数和成形参数对高斯成形和梯形成形波形的影响,并分析出当脉冲衰减常数和梯形成形计算参数不匹配时,梯形波形的幅值会随着脉冲衰减常数的改变而变大或变小,其平顶也会随之倾斜,给后续的参数提取带来误差,并针对该问题提出了解决方法。（3）利用MATLAB中的Simulink仿真工具箱进行了指数脉冲和双指数脉冲的梯形成形模块化仿真实现,同时利用System Generator工具生成Vivado工程文件,分别在Vivado功能仿真平台和FPGA硬件平台实现了脉冲的梯形成形,并成功读取到输出波形且误差较小,为梯形成形的硬件实现提供了一种方便准确的方法。（4）分析了使用粒子群算法进行脉冲参数识别的原理,利用MATLAB平台对指数脉冲和双指数脉冲进行了参数识别,进行了误差分析;同时分析了重叠脉冲的数学模型,结合脉冲的CR逆向变化提出IS-PSO模型,并借助该模型中的两种分解方法（传统粒子群算法和双层参数模型方法）分解重叠脉冲,对比分析了两种方法的优劣,最优方法在脉冲间隔仅为20Ts仍然具有较高的分解精度。（5）分析发生异常梯形成形的原因,并针对这个问题提出两种自动识别参数并更新到计算过程的梯形成形方法（波形自适应和参数自适应梯形成形方法）,并借助MATLAB平台对成形效果分析和对比找出了最佳方法,同时也在FPGA硬件平台上面对该方法的可行性进行了分析和探讨。（6）运用分级分类框架将IS-PSO模型运用到能谱修正之中,并对137Cs的γ能谱进行了谱修正,能够将平均间隔时间为175Ts的脉冲序列的重叠脉冲识别效率提高到88.42%,从而提升整个能谱的计数率。
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