CN102769446B - 中子脉冲序列三阶累积量的模型快速分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种中子脉冲序列三阶累积量的模型快速分析方法，包括如下步骤：1）对中子脉冲数据进行采集，得到中子源以及被中子源激发的被两个不同位置的探测体产生的中子探测计数的时间分布；2）对步骤1）采集的中子脉冲数据包按一定的长度进行分块，并还原得到每个通道中各块里中子脉冲原序列，各数据块之间连续无间隔；3）对步骤2）获得的各数据块的数据进行三阶累积量计算，得到中子脉冲序列的三阶累积量模型；其中，所述步骤3）中对各块数据进行三阶累积量计算采用快速查询的算法。本发明有效降低了计算耗时，提高了计算效率，对于被测材料的三阶累积量实时分析具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及中子脉冲序列的分析方法，具体涉及一种中子脉冲序列三阶累积量的模型快速分析方法。
背景技术
随着核科学技术的飞速发展，对由核辐射和原子核等构成的核信息系统所携带的信息进行测量和分析，是进行核信息系统内部特征和规律研究的重要保证。现有技术中，使用的信号处理方法主要是以二阶统计量（时域为相关函数、频域为功率谱）进行的。在分析时，存在不能辨识最小相位系统、对加性噪声敏感，而只能处理加性白噪声的观测数据等缺点。为了克服这些缺点，必须使用三阶或更高阶统计量进行分析。因此，中子脉冲序列三阶累积量分析是一种极为重要的核信息随机信号分析方法。其基本原理是：首先创立目标参数的计算公式，其次依托实验测得原函数，并快速计算三阶累积量，通过中子脉冲序列的三阶累积量模型可以得到中子辐射环境中的目标参数。通过构建实验测量系统进行高达1GHz的采样率进行高速数据采集，可以获得原函数，即中子脉冲序列。
现有的三阶累积量分析方法主要采取的是传统的逐步偏移算法，其依据的公式为：c3x(τ1，τ2)=E{x(t)x(t+τ1)x(t+τ2)}，通过三通道的中子脉冲序列逐步偏移相乘，最后再累加起来得到时间序列的三阶累积量模型，对于任意的时间序列具有普遍性。同时也带来了巨大的运算量。中子脉冲序列具有数据量庞大、计数率低的特点。采用传统的三阶累积量算法对中子脉冲序列的三阶累积量进行计算时，存在计算量大、计算周期长的问题。例如：当采样率为1GHz，计数率为3×106s-1（即每秒有3×106个脉冲），块（Block）长度为1024，源通道采集5000个脉冲，在现有PC平台下，利用传统的三阶累积量算法对中子脉冲序列进行三阶累积量的计算时，消耗的时间为36.5小时。因此，在分析数据量庞大而计数率低的中子脉冲序列的三阶累积量时，使用传统的三阶累积量算法计算效率较低。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明解决中子脉冲序列三阶累积量的模型分析时，存在计算量大、计算周期长的问题，提供一种中子脉冲序列三阶累积量的模型快速分析方法。
解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种中子脉冲序列三阶累积量的模型快速分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）对中子脉冲数据进行采集，得到中子源以及被中子源激发的被两个不同位置的探测体产生的中子探测计数的时间分布，所述的时间分布形式是由“0”和“1”组成的中子脉冲序列，所述的中子脉冲序列按脉冲出现的位置进行存储，没有脉冲的不存储；
2）对步骤1）采集的中子脉冲数据包按一定的长度进行分块，并还原得到每个通道中各块里中子脉冲原序列，各数据块之间连续无间隔；
3）对步骤2）获得的各数据块的数据进行三阶累积量计算，得到中子脉冲序列的三阶累积量模型；其中，所述步骤3）中对各块数据进行三阶累积量计算采用快速查询的算法，具体包括：
A、在程序中读取三通道的中子脉冲序列的数据，并将数据按一定的长度进行分段，每段即为一个Block；
B、找出各通道里每个脉冲所处的Block的序号，选取三个通道都有脉冲的序号一致的Block参与计算；
C、参与计算的三个通道Block对应的序列分别为x(i),y(i),z(i),i=0,1,…,N-1；N=1024；利用查询法找到三个序列中脉冲出现的位置j，k，l，j∈[0,N-1]；k∈[0,N-1]；l∈[0,N-1]；得到第一通道与第二通道脉冲出现的时间差m，m=k-j,m∈[-(N-1),N-1]；以及第一通道与第三通道脉冲出现的时间差n，n=l-j,n∈[-(N-1),N-1]；
D、判断j的范围，如果j处于[0+max（0，-m，-n），N-1-max（0，m，n）]内，则执行计算M（m，n）=N-max（0，m，n）-max（0，-m，-n），cum=1/M（m，n）；
在计算时，三个通道都选取一个脉冲作一组运算；当某一通道中的Block出现多个脉冲时，则可通过循环查询的方式遍历该Block中的所有脉冲，再和另外两个通道的脉冲组合作运算。例如：当1、2、3通道分别有2、3、2个脉冲时，三个通道的脉冲组合共有2×3×2=12种组合，因此在计算该Blcok的三阶累积量时，共执行了12组运算。
E、 将计算得到的cum累加到矩阵中，则可得到中子脉冲序列的三阶累积量的模型。
进一步，对中子脉冲数据进行采集时，中子源以及被中子源激发的被探测体产生的中子由中子探测器探测，利用置于计算机中的高速数据采集卡，对源通道信号和被探测的二个通道共三路信号进行高速数据采集，从而得到所述的时间分布。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的分析方法针对的是诸如中子脉冲序列的稀疏时间脉冲序列。与现有技术在计算时间序列的三阶累积量模型时采用的是逐步偏移相乘并累加的方法相比，本发明在读入数据包并进行数据处理时，只选取了三个通道都有脉冲的Block进行计算，省去没有必要的Block的计算，从而减少了计算时间。
2、在参与计算的Block中，只选取脉冲点进行计算，无脉冲的点不参与计算，进一步提高了中子脉冲序列三阶累积量模型的计算效率。以富集度为85.15%的 235 U核部件作为探测体的源驱动噪声分析系统为例，当源通道裂变事件为300000时，本发明使用的分析方法较现有技术在计算效率上提高了5671倍，有效地降低了计算机资源的消耗，对中子脉冲序列的三阶累积量实时分析具有重要意义。
附图说明：
图1 为本发明实施例使用的三阶累积量的快速查询算法步骤图；
图2 为本发明实施例使用的三阶累积量计算程序流程图；
图3为使用快速查询算法计算得到的中子脉冲序列的三阶累积量模型图；
图4为三阶累积量模型在X-Z平面投影图，即源通道与一通道的互相关图；
图5为三阶累积量模型在偏移X轴与Y轴45°角方向的投影图，即一通道与二通道的互相关图。
具体实施方式：
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例：参见图1和图2，以富集度为85.15%的 235 U核部件作为探测体的源驱动噪声分析系统为例进行说明，所有中子脉冲信号通过3个通道进行采集。其中第1通道是源通道，用于直接采集来源252Cf中子源的中子脉冲信号；第2通道及第3通道用于采集探测体受中子源激发所产生的中子脉冲信号。具体实施步骤如下：
（1）对中子脉冲数据进行采集，得到中子源以及被中子源激发的被两个不同位置的探测体产生的中子探测计数的时间分布，所述的时间分布形式是由“0”和“1”组成的中子脉冲序列，所述的中子脉冲序列按脉冲出现的位置进行存储，没有脉冲的不存储；
（2）对采集的数据包按BlockSize=1024的长度进行分块，并还原得到每个通道中各块中的中子脉冲原序列；各数据块之间连续无间隔；
（3）找出各通道里每个脉冲所处的Block的序号，选取三个通道都有脉冲的序号一致的Block进行三阶累积量计算；
（4）参与计算的三个通道Block对应的序列分别为x(i),y(i),z(i),i=0,1,…,N-1；N=1024；利用查询法找到三个序列中脉冲出现的位置j，k，l，j∈[0,N-1]；k∈[0,N-1]；l∈[0,N-1]；得到第一通道与第二通道脉冲出现的时间差m，m=k-j,m∈[-(N-1),N-1]；以及第一通道与第三通道脉冲出现的时间差n，n=l-j,n∈[-(N-1),N-1]；判断j的范围，如果j处于[0+max（0，-m，-n），N-1-max（0，m，n）]内，则执行计算M（m，n）=N-max（0，m，n）-max（0，-m，-n），cum=1/M（m，n）；当某一通道中的Block出现多个脉冲时，则可通过循环查询的方式遍历该Block中的所有脉冲，再和另外两个通道的脉冲作运算；
（5）将计算的结果累加，则可得到中子脉冲序列的三阶累积量的模型。
对中子脉冲数据进行采集时，中子源以及被中子源激发的被探测体产生的中子由中子探测器探测，利用置于计算机中的高速数据采集卡对源通道信号和被探测的二个通道攻三路信号进行高速数据采集，从而得到所述的时间分布。当然，被探测的通道也可以为三个或四个。
上述计算完毕后，显示终端的显示如图3、图4和图5所示。
进一步，对中子脉冲数据进行采集时，中子源以及被中子源激发的被探测体产生的中子由中子探测器探测，利用置于计算机中的高速数据采集卡，对源通道信号和被探测的二个通道共三路信号进行高速数据采集，从而得到所述的时间分布。
所述高速数据采集卡的采样频率为1GHz，当然也可以为2GHz或者其他更高的频率。
例如：当采样率为1GHz，计数率为3×106s-1(即每秒有3×106个脉冲出现)，数据块长度为1024，源通道采集300000个脉冲时，利用现有的PC平台下，分别使用传统的三阶累积量算法与快速查询算法对中子脉冲序列的三阶累积量进行计算，通过实验比较可以得到，使用快速查询算法对中子脉冲序列的三阶累积量进行计算时，效率得到了极大的提高，具体测试数据如表1所示：
表1
| 源通道脉冲数 | 传统算法耗时 | 快速查询算法耗时 |
| 5000个 | 1小时50分钟 | 0.681秒 |
| 300000个 | 108小时13分钟 | 68.688秒 |
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.中子脉冲序列三阶累积量的模型快速分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）对中子脉冲数据进行采集，得到中子源以及被中子源激发的被两个不同位置的探测体产生的中子探测计数的时间分布，所述的时间分布形式是由“0”和“1”组成的中子脉冲序列，所述的中子脉冲序列按脉冲出现的位置进行存储，没有脉冲的不存储；
2）对步骤1）采集的中子脉冲数据包按BlockSize=1024的长度进行分块，每块为一个Block，并还原得到每个通道中各块里中子脉冲原序列，各数据块之间连续无间隔；
3）对步骤2）获得的各数据块的数据进行三阶累积量计算，得到中子脉冲序列的三阶累积量模型；其中，所述步骤3）中对各块数据进行三阶累积量计算采用快速查询的算法，具体包括：
A、找出各通道里每个脉冲所处的Block的序号，选取三个通道都有脉冲的序号一致的Block参与计算；
B、参与计算的三个通道Block对应的序列分别为x(i),y(i),z(i),i=0,1,…,N-1；N=1024；利用查询法找到三个序列中脉冲出现的位置j，k，l，j∈[0,N-1]；k∈[0,N-1]；l∈[0,N-1]；得到第一通道与第二通道脉冲出现的时间差m，m=k-j，m∈[-(N-1),N-1]；以及第一通道与第三通道脉冲出现的时间差n，n=l-j,n∈[-(N-1),N-1]；
C、判断j的范围，如果j处于[0+max（0，-m，-n），N-1-max（0，m，n）]内，则执行计算M（m，n）=N-max（0，m，n）-max（0，-m，-n），cum=1/M（m，n）；
在计算时，三个通道都选取一个脉冲作一组运算；当某一通道中的Block出现多个脉冲时，则可通过循环查询的方式遍历该Block中的所有脉冲，再和另外两个通道的脉冲组合作运算；
将计算得到的cum累加到矩阵中，则可得到中子脉冲序列的三阶累积量的模型。
2.如权利要求1所述中子脉冲序列三阶累积量的模型快速分析方法，其特征在于，对中子脉冲数据进行采集时，中子源以及被中子源激发的被探测体产生的中子由中子探测器探测，利用置于计算机中的高速数据采集卡，对源通道信号和被探测的二个通道共三路信号进行高速数据采集，从而得到所述的时间分布。
3.如权利要求2所述中子脉冲序列三阶累积量的模型快速分析方法，其特征在于，所述高速数据采集卡的采样频率为1GHz。
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