CN104570036A - 一种伽马辐射源位置判别系统及其判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伽马辐射源位置判别系统及其判别方法，其主要特征包括：侦察机和测试基地；侦察机包括：数据采集模块、信号处理模块和信号耦合输出模块；测试基地包括信号解调接收模块和数据处理模块；数据采集模块是由γ射线探测器和GPS全球定位模块组成；信号处理模块由增益调节模块、模拟滤波模块和数据预处理模块组成；数据处理模块是数据分析判断模块和3D动态模拟模块构成。发明能够快速实现对辐射源位置的检测，并提高检测效率和检测精度。

Description

一种伽马辐射源位置判别系统及其判别方法

技术领域

本发明属于辐射监测系统技术领域，尤其是一种伽马辐射源位置检测系统。

背景技术

随着科技的不断进步，人们在日常生活中受到辐射的影响也越来越大。因此，对于辐射源的检测显得愈发重要。目前，对辐射源检测方法的研究很多，主要包括人工识别方法、传统的数据处理识别方法、智能化识别方法等。人工识别方法是运用人的知识、经验，进行分析和推理，对辐射信息做出判断，不能适应复杂的电磁环境；在野外复杂地理环境下，人工识别方法也受到了极大的限制。在不确定辐射源位置的情况下，利用传统人工方法检测，工程浩大，同时由于辐射源具备高危险的特殊性，长时间侦察检测对巡测人员的生命安全提出了要求。在反恐作战中，由于复杂的背景环境，人工巡测无法满足作战需要。智能化识别方法一般比较复杂，检测周期过长，无法满足实时性检测；同时智能化识别方法对计算机系统提出了较高要求，不易实现。

由于检测方法的限制，人工识别方法、传统的数据处理识别方法、智能化识别方法等现有方法检测精度有限，在辐射信号较弱情况下，容易造成误判；而且获得的信息内容比较单一，仅能提供辐射源的辐射强度信息，无法提供辐射源周边的空间信息。

发明内容

本发明是为了克服现有技术存在的不足之处，提供一种伽马辐射源位置判别系统及其判别方法，以期能够快速实现对辐射源位置的检测，并提高检测效率和检测精度。

本发明为解决技术问题采取如下技术方案：

本发明一种伽马辐射源位置判别系统的特点是包括：侦察机和测试基地；所述侦察机包括：数据采集模块、信号处理模块和所述信号耦合输出模块；所述测试基地包括信号解调接收模块和数据处理模块；

所述数据采集模块是由γ射线探测器和GPS全球定位模块组成，所述数据采集模块利用所述γ射线探测器采集所述γ辐射源位置发射的γ信号；同时利用所述GPS全球定位模块标定所述γ射线探测器的位置信息，由所述γ信号和位置信息构成初始辐射空间分布信息并发送给所述信号处理模块；

所述信号处理模块是由增益调节模块、模拟滤波模块和数据预处理模块组成；所述增益调节模块接收所述初始辐射空间分布信息并进行放大处理后发送给所述模拟滤波模块进行滤波处理，从而获得优化辐射空间分布信息，所述数据预处理模块接收所述优化辐射空间分布信息并进行判别处理，从而获得有效优化辐射空间分布信息；

所述信号耦合输出模块将所述有效优化辐射空间分布信息加载到载频信号上并发送至所述信号解调接收模块用于解调，从而获得辐射空间分布信息；

所述数据处理模块是由数据分析判断模块和3D动态模拟模块构成；所述数据分析判断模块根据所述辐射空间分布信息获得γ辐射源位置后将所述γ辐射源位置发送给所述3D动态模拟模块进行成像显示。

本发明一种利用所述伽马辐射源位置判别系统的判别方法，其特点是按如下步骤进行：

步骤1、假设γ辐射源位置在平原上，以所述测试基地作为测试原点O，以正南方向作为Y轴正方向，以垂直于水平面向上的方向为Z轴正方向，通过右手螺旋定则获得X轴正方向，从而建立源点坐标系O-XYZ；

步骤2、所述侦察机进行n次飞行时分别获得n个辐射源点坐标P＝{P₁,P₂,…,P_i,…,P_n}；1≤i≤n；P_i表示第i次飞行时获得的第i个辐射源点坐标；并有P_i＝(x_i,y_i,z_i)；x_i,y_i,z_i表示所述γ辐射源位置在所述源点坐标系O-XYZ中的坐标；

步骤2.1、所述侦察机在第i次飞行中利用所述GPS全球定位模块进行T次数据采集，分别获得T组数据1≤t≤T；表示第i次飞行时所获得的第t组数据；1≤t≤T；并有表示第i次飞行所获得的第t组数据中的第m个辐射强度位置信息；1≤m≤M；并有表示所述侦察机在第i次飞行中获得第t组数据的第m个辐射强度位置信息时的坐标；表示所述侦察机在第i次飞行中获得第t组数据的第m个辐射强度位置信息时的辐射强度；并有 $z_{t_1}^{\left(i\right)}=z_{t_2}^{\left(i\right)}=...=z_{t_m}^{\left(i\right)}=...=z_{t_M}^{\left(i\right)};$

步骤2.2、选出所述侦察机在第i次飞行时所获得的第t组数据的M个辐射强度中最大辐射强度值1≤max≤M；

步骤2.3、判断是否满足 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{t_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{t_1}^{\left(i\right)}\\ f_{t_1}^{\left(i\right)}\≥f_{t_2}^{\left(i\right)}\≥...\≥f_{t_t}^{\left(i\right)}\≥f_{t_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≥...\≥f_{t_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.$ 或 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{t_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{t_1}^{\left(i\right)}\\ f_{t_1}^{\left(i\right)}\≤f_{t_2}^{\left(i\right)}\≤...\≤f_{t_t}^{\left(i\right)}\≤f_{t_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≤...\≤f_{t_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.,$ 若满足，则表示所述侦察机在第i次飞行时所获得的第t组数据的最大辐射强度值为无效数据，将t+1的值赋给t后返回步骤2.2执行；否则以所述第i次飞行时所获得的第t组数据的最大辐射强度值所对应的坐标作为有效数据，并将t的值赋给T；

步骤2.4、所述侦察机在第i次飞行中改变φ航向进行飞行，φ≠aπ；a为整数；利用所述GPS全球定位模块进行W次数据采集，分别获得W组数据 表示第i次飞行时改变φ航向所获得的第w组数据；1≤w≤W；并有表示第i次飞行改变φ航向所获得的第w组数据中的第m个辐射强度位置信息；并有表示所述侦察机在第i次飞行中改变φ航向获得第w组数据的第m个辐射强度位置信息时的坐标；表示所述侦察机在第i次飞行中改变φ航向获得第w组数据的第m个辐射强度位置信息时的辐射强度；并有 $z_{w_1}^{\left(i\right)}=z_{w_2}^{\left(i\right)}=...=z_{w_m}^{\left(i\right)}=...=z_{w_M}^{\left(i\right)};$ 且 $z_{w_M}^{\left(i\right)}=z_{t_M}^{\left(i\right)};$

步骤2.5、选出所述侦察机在第i次飞行改变φ航向时所获得的第w组数据的M个辐射强度中最大辐射强度值

步骤2.6、判断是否满足 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{w_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{w_1}^{\left(i\right)}\\ f_{w_1}^{\left(i\right)}\≥f_{w_2}^{\left(i\right)}\≥...\≥f_{w_t}^{\left(i\right)}\≥f_{w_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≥...\≥f_{w_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.$ 或 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{w_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{w_1}^{\left(i\right)}\\ f_{w_1}^{\left(i\right)}\≤f_{w_2}^{\left(i\right)}\≤...\≤f_{w_t}^{\left(i\right)}\≤f_{w_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≤...\≤f_{w_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.,$ 若满足，则表示所述侦察机在第i次飞行改变φ航向时所获得的第w组数据的最大辐射强度值为无效数据，将w+1的值赋给w后返回步骤2.5执行；否则以所述第i次飞行改变φ航向时所获得的第w组数据的最大辐射强度值所对应的坐标作为有效数据，并将w的值赋给W；

步骤2.7、利用式(1)获得第i次辐射源点坐标P_i＝(x_i,y_i,z_i)，从而获得n个辐射源点坐标P＝{P₁,P₂,…,P_i,…,P_n}：

$\left\{\begin{array}{c}(x_i-x_{t_{\max }}^{\left(i\right)})(x_{t_1}^{\left(i\right)}-x_{t_{\max }}^{\left(i\right)})+(y_i-y_{t_{\max }}^{\left(i\right)})(y_{t_1}^{\left(i\right)}-y_{t_{\max }}^{\left(i\right)})+(z_i-z_{t_{\max }}^{\left(i\right)})(z_{t_1}^{\left(i\right)}-z_{t_{\max }}^{\left(i\right)})=0\\ (x_i-x_{w_{\max }}^{\left(i\right)})(x_{w_1}^{\left(i\right)}-x_{w_{\max }}^{\left(i\right)})+(y_i-y_{w_{\max }}^{\left(i\right)})(y_{w_1}^{\left(i\right)}-y_{w_{\max }}^{\left(i\right)})+(z_i-z_{w_{\max }}^{\left(i\right)})(z_{w_1}^{\left(i\right)}-z_{w_{\max }}^{\left(i\right)})=0\\ z_i=0\end{array}\right.---\left(1\right)$

步骤3、将所述n个辐射源点坐标P赋值给中间变量P′＝{P₁′,P₂′,…,P_i′,…,P_n′}；并有P_i′＝(x_i′,y_i′,z_i′)；利用式(2)获得γ辐射源位置函数F(P_e)：

$F\left(P_e\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[{({x_i}^{\text{'}}-x_e)}^2+{({x_i}^{\text{'}}-x_e)}^2+{({z_i}^{\text{'}}-z_e)}^2]---\left(2\right)$

式(2)中，P_e表示γ辐射源位置；并有P_e＝(x_e,y_e,0)；

步骤4、利用最小二乘法计算出所述γ辐射源位置函数F(P_e)的最小值F(P_emin)，并有P_emin＝(x_emin,y_emin,z_emin)；在所述源点坐标系O-XYZ下，以(x_emin,y_emin,z_emin)作为最优γ辐射源位置坐标。

本发明所述的判别方法的特点也在于：

假设γ辐射源位置在山地上，则按如下步骤获得最优γ辐射源位置坐标：

步骤3.1、以山脚作为新测试原点O'，以正南方向作为Y'轴正方向，以垂直于坡面向上的方向为Z'轴正方向，通过右手螺旋定则获得X'轴正方向，从而建立新源点坐标系O'-X'Y'Z'；假设坡面的仰角为α；在所述源点坐标系O-XYZ中，所述新测试原点O'的坐标为(Δx,Δy,0)；

步骤3.2、在所述新源点坐标系O'-X'Y'Z'下，按照步骤2-4依次执行，从而获得γ辐射源位置函数的最小值F(P_emin′)，并有P_emin′＝(x_emin′,y_emin′,z_emin′)；以(x_emin′,y_emin′,z_emin′)作为在所述新源点坐标系O'-X'Y'Z'下的最优γ辐射源位置坐标；

步骤3.3、利用式(3)获得所述最优γ辐射源位置坐标(x_emin′,y_emin′,z_emin′)在所述源点坐标系O-XYZ下的最优γ辐射源位置坐标(x_emin″,y_emin″,z_emin″)：

$\left\{\begin{array}{c}{x_{e\min }}^{\text{'}\text{'}}={x_{e\min }}^{\text{'}}+\mathrm{\Δx}\\ {y_{e\min }}^{\text{'}\text{'}}=({y_{e\min }}^{\text{'}}+\mathrm{\Δy})\sin \mathrm{\α}+{z_{e\min }}^{\text{'}}\cos \mathrm{\α}\\ {z_{e\min }}^{\text{'}\text{'}}=({y_{e\min }}^{\text{'}}+\mathrm{\Δy})\cos \mathrm{\α}-{z_{e\min }}^{\text{'}}\sin \mathrm{\α}\end{array}\right.---\left(3\right)$

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明中使用无人侦察机对辐射区域进行辐射检测，对地理环境具有很高的适应性；便于对于复杂地形如山地、低谷等进行检测。

2、本发明中为提高有效数据采集的效率，利用数据预处理模块对数据进行预先有效判断，判断采集到的数据是否满足抛物线分布，并通过判断结果调整侦察机飞行航向；该方法实现了辐射源位置的快速判断，有效解决了对确定辐射源位置所需时间过长的问题，提高了检测效率，有助于在反恐等相关活动中实时性排查辐射源。

3、本发明中考虑辐射源在空间分布的辐射信号强度多数较弱，并在数据采样过程中会同时伴随较强背景噪声，为满足后续实现对信号的滤波等处理，系统加入了由运放放大器构成的增益调节电路，整体放大探测器采集到的信号；由于检测环境复杂及系统本身的客观因素，信号中不可避免的含有大量噪音以及干扰信号，为此设计了模拟滤波模块，包括抗混叠模拟滤波、与采样的模数转换方法相结合的数字滤波抽取。

4、本发明中由于侦察机与测试基地间相对距离较远，同时侦察机一直处于动态飞行过程，故二者之间利用有线传输方式难以实现数据传递，本系统中侦察机与测试基地之间利用无线电传播方式传输数据，可实现在对任意地理环境下进行辐射检测。系统中侦察机利用耦合输出模块将辐射信号加载到特定射频无线电信号上，后发送给测试基地，测试基地利用信号解调模块接收该特定频率的射频无线电信号，并从中解调还原出辐射信号，从而有效实现数据传递。

5、本发明中通过数据处理模块将对采集到的多组有效数据进行分析处理，降低了数据采样造成的误差干扰，有效提高了对辐射源位置判断的精度；最终通过处理采样获得的多组数组结果，利用最小二乘法原理计算出辐射源点坐标，将计算获得辐射源坐标精度控制在误差允许范围内。

6、本发明中使用3D动态成像模块将对用户显示出辐射源位置信息，并将动态再现数据采集过程，并根据采集到的数据再现辐射源周边的空间信息；实现了对辐射源周边环境的动态模拟，为后续排查提供了详尽的环境信息。

附图说明

图1为本发明系统结构框图；

图2为本发明数据预处理模块流程图；

图3为本发明在检测山地上辐射源点时建立的坐标系示意图。

具体实施方式

本实施例中，如图1所示，一种伽马辐射源位置判别系统包括：侦察机和测试基地；侦察机包括：数据采集模块、信号处理模块和信号耦合输出模块；测试基地包括信号解调接收模块和数据处理模块；

数据采集模块是由γ射线探测器和GPS全球定位模块组成。当被检测区域有γ辐射源时，辐射源会向周围空间发射γ信号，信号强度以辐射源为球心呈成球状分布，在同一水平面内，辐射强度会以一个最强信号点圆心呈圆状分布，该最强信号点在地面的投影既为辐射源坐标。

系统中，通过两组不同航向数据，能够快速计算出当前水平面内的最强信号点，该点在地面的投影既为辐射源点坐标。此时利用数据采集模块中γ射线探测器检测信号。在一次数据采集中，γ射线探测器采集γ辐射源位置发射的γ信号；同时利用GPS全球定位模块标定当前γ射线探测器的位置信息，因为要计算出同一水平面内最强辐射信号点位置，所以侦察机检测过程中得保持飞行高度一致，由γ信号和位置信息构成初始辐射空间分布信息并发送给信号处理模块；

信号处理模块是由增益调节模块、模拟滤波模块和数据预处理模块组成；增益调节模块接收初始辐射空间分布信息并进行放大处理后发送给模拟滤波模块进行滤波处理，从而获得优化辐射空间分布信息，数据预处理模块接收优化辐射空间分布信息并进行判别处理，从而获得有效优化辐射空间分布信息；

侦察机上的信号耦合输出模块将有效优化辐射空间分布信息加载到载频信号上并发送至测试基地，并利用基地中的信号解调接收模块用于解调来自侦察机上的信号，从而获得辐射空间分布信息；

数据处理模块是由数据分析判断模块和3D动态模拟模块构成；数据分析判断模块根据辐射空间分布信息获得γ辐射源位置后将γ辐射源位置发送给3D动态模拟模块进行成像显示，3D动态模拟模块将动态还原辐射源周边的空间信息。

一种伽马辐射源位置判别系统的判别方法按如下步骤进行：

步骤1、如图3所示，假设γ辐射源位置在平原上，以测试基地作为测试原点O，以正南方向作为Y轴正方向，以垂直于水平面向上的方向为Z轴正方向，通过右手螺旋定则获得X轴正方向，从而建立源点坐标系O-XYZ；

步骤2、侦察机进行n次飞行时分别获得n个辐射源点坐标P＝{P₁,P₂,…,P_i,…,P_n}；1≤i≤n，本实施例中，n＝10；P_i表示第i次飞行时获得的第i个辐射源点坐标；并有P_i＝(x_i,y_i,z_i)；x_i,y_i,z_i表示所述γ辐射源位置在所述源点坐标系O-XYZ中的坐标；

步骤2.1、侦察机在第i次飞行中利用所述GPS全球定位模块进行T次数据采集，分别获得T组数据1≤t≤T；表示第i次飞行时所获得的第t组数据；1≤t≤T；并有表示第i次飞行所获得的第t组数据中的第m个辐射强度位置信息；1≤m≤M；并有表示侦察机在第i次飞行中获得第t组数据的第m个辐射强度位置信息时的坐标；表示侦察机在第i次飞行中获得第t组数据的第m个辐射强度位置信息时的辐射强度；并有 $z_{t_1}^{\left(i\right)}=z_{t_2}^{\left(i\right)}=...=z_{t_m}^{\left(i\right)}=...=z_{t_M}^{\left(i\right)};$

步骤2.2、由几何原理知识可知同一圆内两条弦的中垂线交点为圆心。为求出当下水平面内最强辐射信号点，同一航向下的数据必须满足抛物线分布，此时过两组飞行线上最强信号点的两条垂线的交点为该水平面内最强辐射信号点，该最强辐射信号点在地面的投影即为辐射源点坐标。选出侦察机在第i次飞行时所获得的第t组数据的M个辐射强度中最大辐射强度值1≤max≤M；

步骤2.3、由于辐射源位置的不确定性，一次飞行采集到的数据可能无效，因此判断是否满足 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{t_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{t_1}^{\left(i\right)}\\ f_{t_1}^{\left(i\right)}\≥f_{t_2}^{\left(i\right)}\≥...\≥f_{t_t}^{\left(i\right)}\≥f_{t_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≥...\≥f_{t_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.$ 或 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{t_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{t_1}^{\left(i\right)}\\ f_{t_1}^{\left(i\right)}\≤f_{t_2}^{\left(i\right)}\≤...\≤f_{t_t}^{\left(i\right)}\≤f_{t_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≤...\≤f_{t_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.:$ 若满足 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{t_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{t_1}^{\left(i\right)}\\ f_{t_1}^{\left(i\right)}\≥f_{t_2}^{\left(i\right)}\≥...\≥f_{t_t}^{\left(i\right)}\≥f_{t_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≥...\≥f_{t_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.,$ 则表示侦察机在第i次飞行时所获得的第t组数据的最大辐射强度值为无效数据，同时说明侦察机在检测过程中远离辐射源，侦察机应当调整飞机航向，沿反向飞行检测，并将t+1的值赋给t后返回步骤2.2执行；若满足 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{t_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{t_1}^{\left(i\right)}\\ f_{t_1}^{\left(i\right)}\≤f_{t_2}^{\left(i\right)}\≤...\≤f_{t_t}^{\left(i\right)}\≤f_{t_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≤...\≤f_{t_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.,$ 则表示侦察机在第i次飞行时所获得的第t组数据的最大辐射强度值为无效数据，同时说明侦察机检测的数据不足，侦察机应当保持飞行航向不变，继续飞行，并将t+1的值赋给t后返回步骤2.2执行；否则以所述第i次飞行时所获得的第t组数据的最大辐射强度值所对应的坐标作为有效数据，并将t的值赋给T；

步骤2.4、侦察机在第i次飞行中改变φ航向进行飞行，φ≠aπ；a为整数；利用GPS全球定位模块进行W次数据采集，分别获得W组数据表示第i次飞行时改变φ航向所获得的第w组数据；1≤w≤W；并有表示第i次飞行改变φ航向所获得的第w组数据中的第m个辐射强度位置信息；并有表示侦察机在第i次飞行中改变φ航向获得第w组数据的第m个辐射强度位置信息时的坐标；表示侦察机在第i次飞行中改变φ航向获得第w组数据的第m个辐射强度位置信息时的辐射强度；并有且 $z_{w_M}^{\left(i\right)}=z_{t_M}^{\left(i\right)};$

步骤2.5、选出侦察机在第i次飞行改变φ航向时所获得的第w组数据的M个辐射强度中最大辐射强度值

步骤2.6、判断是否满足 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{w_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{w_1}^{\left(i\right)}\\ f_{w_1}^{\left(i\right)}\≥f_{w_2}^{\left(i\right)}\≥...\≥f_{w_t}^{\left(i\right)}\≥f_{w_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≥...\≥f_{w_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.$ 或 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{w_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{w_1}^{\left(i\right)}\\ f_{w_1}^{\left(i\right)}\≤f_{w_2}^{\left(i\right)}\≤...\≤f_{w_t}^{\left(i\right)}\≤f_{w_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≤...\≤f_{w_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.,$ 若满足： $\left\{\begin{array}{c}{f}_{w_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{w_1}^{\left(i\right)}\\ f_{w_1}^{\left(i\right)}\≥f_{w_2}^{\left(i\right)}\≥...\≥f_{w_t}^{\left(i\right)}\≥f_{w_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≥...\≥f_{w_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.,$ 则表示侦察机在第i次飞行时所获得的第t组数据的最大辐射强度值为无效数据，同时说明侦察机在检测过程中远离辐射源，侦察机应当调整飞机航向，沿反向飞行检测，并将t+1的值赋给t后返回步骤2.2执行；若满足 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{w_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{w_1}^{\left(i\right)}\\ f_{w_1}^{\left(i\right)}\≤f_{w_2}^{\left(i\right)}\≤...\≤f_{w_t}^{\left(i\right)}\≤f_{w_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≤...\≤f_{w_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.,$ 则表示侦察机在第i次飞行时所获得的第t组数据的最大辐射强度值为无效数据，同时说明侦察机检测的数据不足，侦察机应当保持飞行航向不变，继续飞行，并将w+1的值赋给w后返回步骤2.5执行；否则以所述第i次飞行改变φ航向时所获得的第w组数据的最大辐射强度值所对应的坐标作为有效数据，并将w的值赋给W。

步骤2.1至步骤2.6中的数据处理部分将在数据预处理模块中实现，如图2所示。一组有效数据由两个不同航向下采集到的数据组成。利用步骤2.1至步骤2.6部分判断采集到的一组数据是否满足抛物线分布，若满足，则判定数据有效并保存，同时调整飞机航向进行下一组有效数据采集直至完成10组有效数据采集后停止采集，并利用信号耦合输出模块将10组数据发送给测试基地由于计算辐射源位置。

步骤2.7、利用式(1)获得第i次辐射源点坐标P_i＝(x_i,y_i,z_i)，从而获得n个辐射源点坐标P＝{P₁,P₂,…,P_i,…,P_n}：

$\left\{\begin{array}{c}(x_i-x_{t_{\max }}^{\left(i\right)})(x_{t_1}^{\left(i\right)}-x_{t_{\max }}^{\left(i\right)})+(y_i-y_{t_{\max }}^{\left(i\right)})(y_{t_1}^{\left(i\right)}-y_{t_{\max }}^{\left(i\right)})+(z_i-z_{t_{\max }}^{\left(i\right)})(z_{t_1}^{\left(i\right)}-z_{t_{\max }}^{\left(i\right)})=0\\ (x_i-x_{w_{\max }}^{\left(i\right)})(x_{w_1}^{\left(i\right)}-x_{w_{\max }}^{\left(i\right)})+(y_i-y_{w_{\max }}^{\left(i\right)})(y_{w_1}^{\left(i\right)}-y_{w_{\max }}^{\left(i\right)})+(z_i-z_{w_{\max }}^{\left(i\right)})(z_{w_1}^{\left(i\right)}-z_{w_{\max }}^{\left(i\right)})=0\\ z_i=0\end{array}\right.---\left(1\right)$

步骤3、将n个辐射源点坐标P赋值给中间变量P′＝{P₁′,P₂′,…,P_i′,…,P_n′}；并有P_i′＝(x_i′,y_i′,z_i′)；利用式(2)获得γ辐射源位置函数F(P_e)：

$F\left(P_e\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[{({x_i}^{\text{'}}-x_e)}^2+{({x_i}^{\text{'}}-x_e)}^2+{({z_i}^{\text{'}}-z_e)}^2]---\left(2\right)$

式(2)中，P_e表示γ辐射源位置；并有P_e＝(x_e,y_e,0)；

步骤4、利用最小二乘法计算出γ辐射源位置函数F(P_e)的最小值F(P_emin)，并有P_emin＝(x_emin,y_emin,z_emin)；在源点坐标系O-XYZ下，以(x_emin,y_emin,z_emin)作为最优γ辐射源位置坐标既是系统最终获得的辐射源点坐标。

假设γ辐射源位置在山地上，则按如下步骤获得最优γ辐射源位置坐标：

步骤一、如图3所示，以山脚作为新测试原点O'，以正南方向作为Y'轴正方向，以垂直于坡面向上的方向为Z'轴正方向，通过右手螺旋定则获得X'轴正方向，从而建立新源点坐标系O'-X'Y'Z'；假设坡面的仰角为α；在所述源点坐标系O-XYZ中，新测试原点O'的坐标为(Δx,Δy,0)。对于同一点，在源点O-XYZ坐标系中，其坐标为(a,b,c)；在新源点坐标系O'-X'Y'Z'中，其坐标为(a′,b′,c′)。二者关系如下：

$\left\{\begin{array}{c}a=a^{\text{'}}+\mathrm{\Δx}\\ b=(b^{\text{'}}+\mathrm{\Δy})\sin \mathrm{\α}+c^{\text{'}}\cos \mathrm{\α}\\ c=(b^{\text{'}}+\mathrm{\Δy})\cos \mathrm{\α}-c^{\text{'}}\sin \mathrm{\α}\end{array}\right.$

步骤二、在新源点坐标系O'-X'Y'Z'下，按照步骤2-4依次执行，从而获得γ辐射源位置函数的最小值F(P_emin′)，并有P_emin′＝(x_emin′,y_emin′,z_emin′)；以(x_emin′,y_emin′,z_emin′)作为在新源点坐标系O'-X'Y'Z'下的最优γ辐射源位置坐标。在步骤执行过程中，飞机保持相对于山地坡面距离一致，使用新源点坐标系O'-X'Y'Z'下的坐标值表示各采集到的数据的位置信息。

步骤三、利用式(3)获得最优γ辐射源位置坐标(x_emin′,y_emin′,z_emin′)在源点坐标系O-XYZ下的最优γ辐射源位置坐标(x_emin″,y_emin″,z_emin″)既是系统最终获得的辐射源点坐标：

$\left\{\begin{array}{c}{x_{e\min }}^{\text{'}\text{'}}={x_{e\min }}^{\text{'}}+\mathrm{\Δx}\\ {y_{e\min }}^{\text{'}\text{'}}=({y_{e\min }}^{\text{'}}+\mathrm{\Δy})\sin \mathrm{\α}+{z_{e\min }}^{\text{'}}\cos \mathrm{\α}\\ {z_{e\min }}^{\text{'}\text{'}}=({y_{e\min }}^{\text{'}}+\mathrm{\Δy})\cos \mathrm{\α}-{z_{e\min }}^{\text{'}}\sin \mathrm{\α}\end{array}\right.---\left(3\right).$

Claims (3)

1.一种伽马辐射源位置判别系统，其特征是包括：侦察机和测试基地；所述侦察机包括：数据采集模块、信号处理模块和所述信号耦合输出模块；所述测试基地包括信号解调接收模块和数据处理模块；

所述数据采集模块是由γ射线探测器和GPS全球定位模块组成，所述数据采集模块利用所述γ射线探测器采集所述γ辐射源位置发射的γ信号；同时利用所述GPS全球定位模块标定所述γ射线探测器的位置信息，由所述γ信号和位置信息构成初始辐射空间分布信息并发送给所述信号处理模块；

所述信号处理模块是由增益调节模块、模拟滤波模块和数据预处理模块组成；所述增益调节模块接收所述初始辐射空间分布信息并进行放大处理后发送给所述模拟滤波模块进行滤波处理，从而获得优化辐射空间分布信息，所述数据预处理模块接收所述优化辐射空间分布信息并进行判别处理，从而获得有效优化辐射空间分布信息；

所述信号耦合输出模块将所述有效优化辐射空间分布信息加载到载频信号上并发送至所述信号解调接收模块用于解调，从而获得辐射空间分布信息；

所述数据处理模块是由数据分析判断模块和3D动态模拟模块构成；所述数据分析判断模块根据所述辐射空间分布信息获得γ辐射源位置后将所述γ辐射源位置发送给所述3D动态模拟模块进行成像显示。

2.一种利用权利要求1所述的伽马辐射源位置判别系统的判别方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、假设γ辐射源位置在平原上，以所述测试基地作为测试原点O，以正南方向作为Y轴正方向，以垂直于水平面向上的方向为Z轴正方向，通过右手螺旋定则获得X轴正方向，从而建立源点坐标系O-XYZ；

步骤2、所述侦察机进行n次飞行时分别获得n个辐射源点坐标P＝{P₁,P₂,…,P_i,…,P_n}；1≤i≤n；P_i表示第i次飞行时获得的第i个辐射源点坐标；并有P_i＝(x_i,y_i,z_i)；x_i,y_i,z_i表示所述γ辐射源位置在所述源点坐标系O-XYZ中的坐标；

步骤2.1、所述侦察机在第i次飞行中利用所述GPS全球定位模块进行T次数据采集，分别获得T组数据1≤t≤T；表示第i次飞行时所获得的第t组数据；1≤t≤T；并有 表示第i次飞行所获得的第t组数据中的第m个辐射强度位置信息；1≤m≤M；并有 表示所述侦察机在第i次飞行中获得第t组数据的第m个辐射强度位置信息时的坐标；表示所述侦察机在第i次飞行中获得第t组数据的第m个辐射强度位置信息时的辐射强度；并有 $z_{t_1}^{\left(i\right)}=z_{t_2}^{\left(i\right)}=\·\·\·=z_{t_m}^{\left(i\right)}=\·\·\·=z_{t_M}^{\left(i\right)};$

步骤2.2、选出所述侦察机在第i次飞行时所获得的第t组数据的M个辐射强度中最大辐射强度值1≤max≤M；

步骤2.3、判断是否满足 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{t_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{t_1}^{\left(i\right)}\\ f_{t_1}^{\left(i\right)}\≥f_{t_2}^{\left(i\right)}\≥\·\·\·\≥f_{t_t}^{\left(i\right)}\≥f_{t_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≥\·\·\·\≥f_{t_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.$ 或 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{t_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{t_1}^{\left(i\right)}\\ f_{t_1}^{\left(i\right)}\≤f_{t_2}^{\left(i\right)}\≤\·\·\·\≤f_{t_t}^{\left(i\right)}\≤f_{t_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≤\·\·\·\≤f_{t_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.,$ 若满足，则表示所述侦察机在第i次飞行时所获得的第t组数据的最大辐射强度值为无效数据，将t+1的值赋给t后返回步骤2.2执行；否则以所述第i次飞行时所获得的第t组数据的最大辐射强度值所对应的坐标作为有效数据，并将t的值赋给T；

步骤2.4、所述侦察机在第i次飞行中改变φ航向进行飞行，φ≠aπ；a为整数；利用所述GPS全球定位模块进行W次数据采集，分别获得W组数据 表示第i次飞行时改变φ航向所获得的第w组数据；1≤w≤W；并有 表示第i次飞行改变φ航向所获得的第w组数据中的第m个辐射强度位置信息；并有 表示所述侦察机在第i次飞行中改变φ航向获得第w组数据的第m个辐射强度位置信息时的坐标；表示所述侦察机在第i次飞行中改变φ航向获得第w组数据的第m个辐射强度位置信息时的辐射强度；并有 $z_{w_1}^{\left(i\right)}=z_{w_2}^{\left(i\right)}=\·\·\·=z_{w_m}^{\left(i\right)}=\·\·\·=z_{w_M}^{\left(i\right)};$ 且 $z_{w_M}^{\left(i\right)}=z_{t_M}^{\left(i\right)};$

步骤2.5、选出所述侦察机在第i次飞行改变φ航向时所获得的第w组数据的M个辐射强度中最大辐射强度值2 -->

步骤2.6、判断是否满足 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{w_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{w_1}^{\left(i\right)}\\ f_{w_1}^{\left(i\right)}\≥f_{w_2}^{\left(i\right)}\≥\·\·\·\≥f_{w_t}^{\left(i\right)}\≥f_{w_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≥\·\·\·\≥f_{w_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.$ 或 $\left\{\begin{array}{c}{f}_{w_{\max }}^{\left(i\right)}=f_{w_1}^{\left(i\right)}\\ f_{w_1}^{\left(i\right)}\≤f_{w_2}^{\left(i\right)}\≤\·\·\·\≤f_{w_t}^{\left(i\right)}\≤f_{w_{(m+1)}}^{\left(i\right)}\≤\·\·\·{\≤f}_{w_M}^{\left(i\right)}\end{array}\right.,$ 若满足，则表示所述侦察机在第i次飞行改变φ航向时所获得的第w组数据的最大辐射强度值为无效数据，将w+1的值赋给w后返回步骤2.5执行；否则以所述第i次飞行改变φ航向时所获得的第w组数据的最大辐射强度值所对应的坐标作为有效数据，并将w的值赋给W；

步骤2.7、利用式(1)获得第i次辐射源点坐标P_i＝(x_i,y_i,z_i)，从而获得n个辐射源点坐标P＝{P₁,P₂,…,P_i,…,P_n}：

$\left\{\begin{array}{c}(x_i-x_{t_{\max }}^{\left(i\right)})(x_{t_1}^{\left(i\right)}-x_{t_{\max }}^{\left(i\right)})+(y_i-y_{t_{\max }}^{\left(i\right)})(y_{t_1}^{\left(i\right)}-y_{t_{\max }}^{\left(i\right)})+(z_i-z_{t_{\max }}^{\left(i\right)})(z_{t_1}^{\left(i\right)}-z_{t_{\max }}^{\left(i\right)})=0\\ (x_i-x_{w_{\max }}^{\left(i\right)})(x_{w_1}^{\left(i\right)}-x_{w_{\max }}^{\left(i\right)})+(y_i-y_{w_{\max }}^{\left(i\right)})(y_{w_1}^{\left(i\right)}-y_{w_{\max }}^{\left(i\right)})+(z_i-z_{w_{\max }}^{\left(i\right)})(z_{w_1}^{\left(i\right)}-z_{w_{\max }}^{\left(i\right)})=0\\ z_i=0\end{array}\right.---\left(1\right)$

步骤3、将所述n个辐射源点坐标P赋值给中间变量P′＝{P₁′,P₂′,…,P_i′,…,P_n′}；并有P_i′＝(x_i′,y_i′,z_i′)；利用式(2)获得γ辐射源位置函数F(P_e)：

$F\left(P_e\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[{(x_i^{\′}-x_e)}^2+{(x_i^{\′}-x_e)}^2+{(z_i^{\′}-z_e)}^2]---\left(2\right)$

式(2)中，P_e表示γ辐射源位置；并有P_e＝(x_e,y_e,0)；

步骤4、利用最小二乘法计算出所述γ辐射源位置函数F(P_e)的最小值F(P_emin)，并有P_emin＝(x_emin,y_emin,z_emin)；在所述源点坐标系O-XYZ下，以(x_emin,y_emin,z_emin)作为最优γ辐射源位置坐标。

3.根据利用权利要求2所述的判别方法，其特征是：假设γ辐射源位置在山地上，则按如下步骤获得最优γ辐射源位置坐标：

步骤3.1、以山脚作为新测试原点O'，以正南方向作为Y'轴正方向，以垂直于坡面向上的方向为Z'轴正方向，通过右手螺旋定则获得X'轴正方向，从而建立新源点坐标系O'-X'Y'Z'；假设坡面的仰角为α；在所述源点坐标系O-XYZ中，所述新测试原点O'的坐标为(Δx,Δy,0)；

步骤3.2、在所述新源点坐标系O'-X'Y'Z'下，按照步骤2-4依次执行，从而获得γ辐射源位置函数的最小值F(P_emin′)，并有P_emin′＝(x_emin′,y_emin′,z_emin′)；以(x_emin′,y_emin′,z_emin′)作为在所述新源点坐标系O'-X'Y'Z'下的最优γ辐射源位置坐标；

步骤3.3、利用式(3)获得所述最优γ辐射源位置坐标(x_emin′,y_emin′,z_emin′)在所述源点坐标系O-XYZ下的最优γ辐射源位置坐标(x_emin″,y_emin″,z_emin″)：

$\left\{\begin{array}{c}{x_{e\min }}^{\′\′}={x_{e\min }}^{\′}+\mathrm{\Δx}\\ {y_{e\min }}^{\′\′}=({y_{e\min }}^{\′}+\mathrm{\Δy})\sin \mathrm{\α}+{z_{e\min }}^{\′}\cos \mathrm{\α}\\ {z_{e\min }}^{\′\′}=({y_{e\min }}^{\′}+\mathrm{\Δy})\cos \mathrm{\α}-{z_{e\min }}^{\′}\sin \mathrm{\α}\end{array}\right.---\left(3\right).$ 4 -->