CN105720950A - 一种核脉冲信号的产生方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核脉冲信号的产生方法及装置，方法包括：获得核脉冲信号幅度随机分布函数；获得单个核脉冲信号的波形函数；获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；根据所述核脉冲信号幅度随机分布函数，单个核脉冲信号的波形函数以及核脉冲信号时间间隔随机分布函数产生数字核脉冲信号；将数字核脉冲信号转换为模拟核脉冲信号进行输出。该方法利用电子学手段产生放射源与探测器组合产生的核脉冲信号，保证了核脉冲信号的时间特性、幅度特性和脉冲形状特性。这样可以在科研和教学过程中模拟真实的核脉冲信号，从而避免使用放射源产生核脉冲信号时带来的放射性危害。

Description

一种核脉冲信号的产生方法及装置

技术领域

本发明涉及信号产生技术领域，尤其涉及一种核脉冲信号的产生方法及装置。

背景技术

自从1896年贝克勒尔发现铀的天然放射性，人类就开始了对原子核科学技术研究，核技术及应用在过去100多年里得到了飞速发展，特别是近几十年，核技术应用领域不断地被扩展，已用于物理学、医学和生命科学、环境科学、能源、工业、农业和社会安全等各个领域。

粒子加速器、核探测与核电子学、射线和粒子束技术、放射性核素技术等，通常统称为核技术。

由于核应用需要放射源，而放射源存在辐射，如防护措施不当或违反操作规程，就会对人体造成伤害。为了减少辐射对人体的伤害，在许多非必要使用放射源的场合，如核仪器研制，核探测系统标定和维护，核实验仿真，以及核科学人才的培养过程中，人们通常采用核脉冲信号源来代替放射源进行实验。

但是，现有技术中的核脉冲信号源产生的核脉冲信号存在以下问题：

只能输出脉冲形状，无法仿真放射源的物理特征，如能量分布信息，粒子种类信息，探测器的响应信息等。另外，只能给出幅度一致的脉冲信号，无法给出幅度上具有随机性的脉冲信号，只能输出周期性脉冲信号，无法给出时间上具有随机性的脉冲信号。

总之，现有技术中的核脉冲信号源输出的核脉冲信号无法真实地反映放射源输出的核脉冲信号的物理特征，难以满足核技术研究的需求。

因此，本领域技术人员需要提供一种核脉冲信号的产生方法及装置，能够真实地反映放射源输出的核脉冲信号的物理特征，满足核技术研究的需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种核脉冲信号的产生方法及装置，能够真实地反映放射源输出的核脉冲信号的物理特征，满足核技术研究的需求。

本实施例提供一种核脉冲信号的产生方法，包括以下步骤：

获得核脉冲信号幅度随机分布函数；

获得单个核脉冲信号的波形函数；

获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；

根据所述核脉冲信号幅度随机分布函数、单个核脉冲信号的波形函数以及核脉冲信号时间间隔随机分布函数产生数字核脉冲信号；

将所述数字核脉冲信号转换为模拟核脉冲信号进行输出。

优选地，所述获得核脉冲信号幅度随机分布函数，具体为：

根据真实核脉冲信号的多道幅度能谱获得核脉冲信号幅度随机分布函数；

根据真实核脉冲信号的多道幅度能谱获得核脉冲信号幅度随机分布函数，具体为：

根据预设节点对所述多道幅度能谱进行分段，得到分段数据；

对每段所述分段数据分别进行拟合，获得各段所述分段数据对应的拟合函数；

对所述拟合函数的横坐标进行归一化，然后计算获得所述拟合函数的积分函数；

对所述拟合函数的积分函数进行归一化，获得所述核脉冲信号幅度随机分布函数。

优选地，对每段所述分段数据分别进行拟合，获得各段所述分段数据对应的拟合函数，具体为：

利用指数拟合、高斯拟合和多项式拟合分别对每段所述分段数据进行拟合，获得每段所述分段数据对应的三种拟合函数；

分别计算所述三种拟合函数的拟合方差；

选取最小的拟合方差对应的拟合函数作为该段分段数据的拟合函数。

优选地，对所述拟合函数的横坐标进行归一化，之前还包括：

对分段的拟合函数在节点处形成的断点进行平滑处理，以使各段拟合函数形成一个完整的平滑的拟合函数。

优选地，获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数，具体为：根据所述真实核脉冲信号在时间上出现的概率服从泊松分布获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数，

按照泊松分布，在时间ΔT内出现n个核脉冲信号的概率为：

$P(n,\mathrm{\Δ}T)=\frac{{\left(\stackrel{\‾}{n}\mathrm{\Δ}T\right)}^n}{n!}{e}^{-\stackrel{\‾}{n}\mathrm{\Δ}T};$

其中，为所述核脉冲信号的平均计数率；

所述核脉冲信号的时间间隔服从平均值为的指数分布，则由指数分布获得所述核脉冲信号时间间隔随机分布函数为：

$F\left(x\right)=1-e^{-\stackrel{\‾}{n}x}.$

优选地，所述根据所述核脉冲信号幅度随机分布函数、单个核脉冲信号的波形函数以及核脉冲信号时间间隔随机分布函数产生数字核脉冲信号，具体为：

根据反函数抽样法，利用均匀分布随机数抽样得到符合所述核脉冲信号幅度随机分布函数的核脉冲幅度随机数；

以所述核脉冲幅度随机数为幅值，根据所述单个核脉冲信号的波形函数构造单个数字核脉冲信号；

根据反函数抽样法，利用均匀分布随机数抽样得到符合所述核脉冲信号时间间隔随机分布函数的核脉冲时间间隔随机数；

以所述核脉冲时间间隔随机数为脉冲时间间隔，构造并输出连续的数字核脉冲信号。

本发明实施例还提供一种核脉冲信号的产生装置，包括：核脉冲信号幅度随机模型建立模块、核脉冲信号波形函数建立模块、核脉冲信号时间间隔随机模型建立模块、数字核脉冲信号建立模块和数模转换模块；

所述核脉冲信号幅度随机模型建立模块，用于获得核脉冲信号幅度随机分布函数；

所述核脉冲信号波形函数建立模块，用于获得单个核脉冲信号的波形函数；

所述核脉冲信号时间间隔随机模型建立模块，用于获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；

所述数字核脉冲信号建立模块，用于根据所述核脉冲信号幅度随机分布函数，单个核脉冲信号的波形函数以及核脉冲信号时间间隔随机分布函数产生数字核脉冲信号；

所述数模转换模块，用于将所述数字核脉冲信号转换为模拟核脉冲信号进行输出。

优选地，所述核脉冲信号幅度随机模型建立模块，用于根据真实核脉冲信号的多道幅度能谱获得核脉冲信号幅度随机分布函数；

所述核脉冲信号幅度随机模型建立模块包括：分段数据获取子模块、拟合函数获取子模块、第一归一化子模块和第二归一化子模块；

所述分段数据获取子模块，根据预设节点对所述多道幅度能谱进行分段，得到分段数据；

所述拟合函数获取子模块，对每段所述分段数据分别进行拟合，获得各段所述分段数据对应的拟合函数；

所述第一归一化子模块，对所述拟合函数的横坐标进行归一化，然后计算获得所述拟合函数的积分函数；

所述第二归一化子模块，对所述拟合函数的积分函数进行归一化，获得所述核脉冲信号幅度随机分布函数。

优选地，所述拟合函数获取子模块包括：拟合子模块、方差计算子模块和选择子模块；

所述拟合子模块，用于利用指数拟合、高斯拟合和多项式拟合分别对每段所述分段数据进行拟合，获得每段所述分段数据对应的三种拟合函数；

所述方差计算子模块，用于分别计算所述三种拟合函数的拟合方差；

所述选择子模块，用于选取最小的拟合方差对应的拟合函数作为该段分段数据的拟合函数。

优选地，所述核脉冲信号幅度随机模型建立模块还包括：平滑子模块；

所述平滑子模块，用于在所述拟合函数的横坐标进行归一化，对分段的拟合函数在节点处形成的断点进行平滑处理，以使各段拟合函数形成一个完整的平滑的拟合函数。

优选地，所述核脉冲信号时间间隔随机模型建立模块包括：核脉冲信号时间间隔随机模型建立子模块，用于按照以下方式获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；

按照泊松分布，在时间ΔT内出现n个核脉冲信号的概率为：

$P(n,\mathrm{\Δ}T)=\frac{{\left(\stackrel{\‾}{n}\mathrm{\Δ}T\right)}^n}{n!}{e}^{-\stackrel{\‾}{n}\mathrm{\Δ}T};$

其中，为所述核脉冲信号的平均计数率；

所述核脉冲信号的时间间隔服从平均值为的指数分布，则由指数分布获得所述核脉冲信号时间间隔随机分布函数为：

$F\left(x\right)=1-e^{-\stackrel{\‾}{n}x}.$

优选地，所述数字核脉冲信号建立模块包括：幅度随机数获得子模块、单个数字核脉冲信号获得子模块、时间间隔随机数获得子模块和连续数字核脉冲信号获得模块；

所述幅度随机数获得子模块，用于根据反函数抽样法，利用均匀分布随机数抽样得到符合所述核脉冲信号幅度随机分布函数的核脉冲幅度随机数；

所述单个数字核脉冲信号获得子模块，用于以所述核脉冲幅度随机数为幅值，根据所述单个核脉冲信号的波形函数构造单个数字核脉冲信号；

所述时间间隔随机数获得子模块，用于根据反函数抽样法，利用均匀分布随机数抽样得到符合所述核脉冲信号时间间隔随机分布函数的核脉冲时间间隔随机数；

所述连续数字核脉冲信号获得模块，用于以所述核脉冲时间间隔随机数为脉冲时间间隔，构造并输出连续的数字核脉冲信号。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

获得核脉冲信号幅度随机分布函数；获得单个核脉冲信号的波形函数；获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；根据所述核脉冲信号幅度随机分布函数，单个核脉冲信号的波形函数以及核脉冲信号时间间隔随机分布函数产生数字核脉冲信号；将所述数字核脉冲信号转换为模拟核脉冲信号进行输出。该方法利用电子学手段产生放射源与探测器组合产生的核脉冲信号，保证了核脉冲信号的时间特性、幅度特性和脉冲形状特性。这样可以在科研和教学过程中模拟真实的核脉冲信号，从而避免使用放射源产生核脉冲信号时带来的放射性危害。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的探测器输出的核脉冲信号的示意图；

图2为本发明提供的核脉冲信号的产生方法实施例一流程图；

图3为本发明提供的获取核脉冲信号幅度随机分布函数的流程图；

图4是本发明提供的获取数字核脉冲信号的流程图；

图5为本发明提供的核脉冲信号的产生装置实施例一示意图；

图6为本发明提供的核脉冲信号的产生装置实施例二示意图；

图7为本发明提供的核脉冲信号的产生装置实施例三示意图；

图8为本发明提供的核脉冲信号的产生装置实施例四示意图；

图9是本发明提供的数字核脉冲信号建立模块结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，该图为探测器输出的核脉冲信号的示意图。

从图1可以看出，真实的核脉冲信号出现的时间不具有周期性，并且每个核脉冲信号的幅度也不相同。

可以理解的是，模拟核脉冲信号需要模拟核脉冲信号的幅度和核脉冲信号出现的时间间隔。

方法实施例一：

参见图2，该图为本发明提供的核脉冲信号的产生方法实施例一流程图。

本实施例提供的核脉冲信号的产生方法，包括以下步骤：

S201：获得核脉冲信号幅度随机分布函数；

需要说明的是，核脉冲信号幅度随机分布函数是核脉冲信号幅度的分布概率函数。

需要说明的是，根据真实核脉冲信号的多道幅度能谱获得核脉冲信号幅度随机分布函数；获得多道幅度能谱的方式有多种，其中一种通过多道脉冲幅度分析仪对真实核脉冲信号进行测量得到；另一种是可以根据放射源与探测器的种类特征和作用方式，通过理论仿真模拟得到多道幅度能谱。

多道脉冲幅度分析仪是一种常见的核电子仪器。

S202：获得单个核脉冲信号的波形函数；

可以理解的是，获得单个核脉冲信号的波形函数有多种方式，其中一种可以利用示波器获得单个真实核脉冲信号波形，通过对所述单个真实核脉冲信号波形进行函数拟合，获得单个核脉冲信号的波形函数；另一种方式是根据探测器与放射源的作用方式得到，不同的放射源与探测器相互作用输出的核脉冲信号的形状有固定的特征。

其中，示波器可以采集真实核脉冲信号波形，对示波器采集的真实核脉冲信号波形通过算法进行函数拟合，可以得到单个核脉冲信号的波形函数。可以理解的是，由波形拟合该波形函数的算法是比较成熟的技术，在此不再赘述。波形函数可以反映核脉冲信号的上升时间、下降时间、脉冲宽度等波形特征。

S203：获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；

S204：根据所述核脉冲信号幅度随机分布函数，单个核脉冲信号的波形函数以及核脉冲信号时间间隔随机分布函数产生数字核脉冲信号；

S205：将所述数字核脉冲信号转换为模拟核脉冲信号进行输出。

本发明提供的方法，获得核脉冲信号幅度随机分布函数；获得单个核脉冲信号的波形函数；获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；根据所述核脉冲信号幅度随机分布函数，单个核脉冲信号的波形函数以及核脉冲信号时间间隔随机分布函数产生数字核脉冲信号；将所述数字核脉冲信号转换为模拟核脉冲信号进行输出。该方法利用电子学手段产生放射源与探测器组合产生的核脉冲信号，保证了核脉冲信号的时间特性、幅度特性和脉冲形状特性。这样可以在科研和教学过程中模拟真实的核脉冲信号，从而避免使用放射源产生核脉冲信号时带来的放射性危害。

方法实施例二：

参见图3，该图为本发明提供的获取核脉冲信号幅度随机分布函数的流程图。

本实施例中详细介绍核脉冲信号幅度随机分布函数的获得过程。

所述获得核脉冲信号幅度随机分布函数，具体为：

根据真实核脉冲信号的多道幅度能谱获得核脉冲信号幅度随机分布函数；

根据真实核脉冲信号的多道幅度能谱获得核脉冲信号幅度随机分布函数，具体为：

S301：根据预设节点对所述多道幅度能谱进行分段，得到分段数据

可以理解的是，预设节点的选择原则是根据多道能谱数据的变化趋势来确定，一般选择数据变化的转折点作为预设节点。

S302：对每段所述分段数据分别进行拟合，获得各段所述分段数据对应的拟合函数；

S303：对所述拟合函数的横坐标进行归一化，然后计算获得所述拟合函数的积分函数；

可以理解的是，对拟合函数的横坐标进行归一化指的是将横坐标归到[0，1]的区间。

获得拟合函数的积分函数是为了将密度概念转换为分布概念。

S304：对所述拟合函数的积分函数进行归一化，获得所述核脉冲信号幅度随机分布函数。

对积分函数进行归一化，相当于把纵坐标归到[0，1]的区间。

另外，本实施例中为了获得更好地拟合效果，S302具体可以为：

利用指数拟合、高斯拟合和多项式拟合分别对每段所述分段数据进行拟合，获得每段所述分段数据对应的三种拟合函数；

分别计算所述三种拟合函数的拟合方差；

选取最小的拟合方差对应的拟合函数作为该段分段数据的拟合函数。

在另一个实施例中，在S302和S303之间还可以包括：对分段的拟合函数在节点处形成的断点进行平滑处理，以使各段拟合函数形成一个完整的平滑的拟合函数。

本实施例中，根据预设节点对所述多道幅度能谱进行分段得到分段数据，对分段数据进行拟合，最后获得核脉冲信号幅度随机分布函数。即对真实核脉冲信号进行数学分析，获得核脉冲信号幅度随机分布函数。

下面介绍获取核脉冲信号时间间隔随机分布函数的过程。

由于真实核脉冲信号在时间上出现的概率服从泊松分布，因此，可以利用泊松分布函数来获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；并且，核脉冲信号的平均计数率就是泊松分布函数的期望。可以理解的是，平均计数率就是单位时间内核脉冲信号出现的个数，平均计数率反映了放射源的活性。

获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数，具体为：根据所述真实核脉冲信号在时间上出现的概率服从泊松分布获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数，

按照泊松分布，在时间ΔT内出现n个核脉冲信号的概率为：

$P(n,\mathrm{\Δ}T)=\frac{{\left(\stackrel{\‾}{n}\mathrm{\Δ}T\right)}^n}{n!}{e}^{-\stackrel{\‾}{n}\mathrm{\Δ}T};$

其中，为所述核脉冲信号的平均计数率；即是n的平均值，n是服从泊松分布的随机值。

所述核脉冲信号的时间间隔服从平均值为的指数分布，则由指数分布获得所述核脉冲信号时间间隔随机分布函数为：

$F\left(x\right)=1-e^{-\stackrel{\‾}{n}x}.$

由于核脉冲信号在时间上服从泊松分布，因此可以利用泊松分布函数来获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数。

方法实施例三：

参见图4，该图为本发明提供的获取数字核脉冲信号的流程图。

S401：根据反函数抽样法，利用均匀分布随机数抽样得到符合所述核脉冲信号幅度随机分布函数的核脉冲幅度随机数；

S402：以所述核脉冲幅度随机数为幅值，根据所述单个核脉冲信号的波形函数构造单个数字核脉冲信号；

S403：根据反函数抽样法，利用均匀分布随机数抽样得到符合所述核脉冲信号时间间隔随机分布函数的核脉冲时间间隔随机数；

S404：以所述核脉冲时间间隔随机数为脉冲时间间隔，构造并输出连续的数字核脉冲信号。

所述均匀分布随机数预先产生；

需要说明的是，反函数抽样法是已知的算法。例如，所述核脉冲信号幅度随机分布函数为y＝f(x)，y＝f(x)存在反函数，即利用y来获得x，而y可以用均匀分布随机数代替。用t来表示均匀分布随机数，则t＝f(x)，由于t是已知的，因此，可以获得x。可以理解的是，利用该方式可以获得核脉冲幅度随机数，同理也可以获得核脉冲时间间隔随机数。

均匀分布随机数可以预先产生，可以理解的是，产生均分分布随机数也是比较成熟的技术，可以利用硬件来产生，也可以利用软件算法来产生。

基于以上实施例提供的核脉冲信号的产生方法，本发明实施例还提供一种核脉冲信号的产生装置，下面结合附图进行详细的介绍。

装置实施例一：

参见图5，该图为本发明提供的核脉冲信号的产生装置实施例一示意图。

本实施例提供的核脉冲信号的产生装置，包括：核脉冲波形函数建立模块401、核脉冲信号幅度随机模型建立模块402、核脉冲信号时间间隔随机模型建立模块403、数字核脉冲信号建立模块404和数模转换模块405；

所述核脉冲信号波形函数建立模块401，用于获得单个核脉冲信号的波形函数；

可以理解的是，获得单个核脉冲信号的波形函数有多种方式，其中一种可以利用示波器获得单个真实核脉冲信号波形，通过对所述单个真实核脉冲信号波形进行函数拟合，获得单个核脉冲信号的波形函数；另一种方式是根据探测器与放射源的作用方式得到，不同的放射源与探测器相互作用输出的核脉冲信号的形状有固定的特征。

其中，示波器可以采集真实核脉冲信号波形，对示波器采集的真实核脉冲信号波形通过算法进行函数拟合，可以得到单个核脉冲信号的波形函数。可以理解的是，由波形拟合该波形函数的算法是比较成熟的技术，在此不再赘述。波形函数可以反映核脉冲信号的上升时间、下降时间、脉冲宽度等波形特征。

所述核脉冲信号幅度随机模型建立模块402，用于获得核脉冲信号幅度随机分布函数；

需要说明的是，核脉冲信号幅度随机分布函数是核脉冲信号幅度的分布概率函数。

需要说明的是，根据真实核脉冲信号的多道幅度能谱获得核脉冲信号幅度随机分布函数；获得多道幅度能谱的方式有多种，其中一种通过多道脉冲幅度分析仪对真实核脉冲信号进行测量得到；另一种是可以通过放射源与探测器的种类特征和作用方式，通过理论仿真模拟得到多道幅度能谱。

多道脉冲幅度分析仪是一种常见的核电子仪器。

所述核脉冲信号时间间隔随机模型建立模块403，用于获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；

所述数字核脉冲信号建立模块404，用于根据所述核脉冲信号幅度随机分布函数，单个核脉冲信号的波形函数以及核脉冲信号时间间隔随机分布函数产生数字核脉冲信号；

可以理解的是，数字核脉冲信号建立模块404可以由FPGA来实现。

由均匀分布随机数根据反函数抽样法获得符合所述核脉冲信号幅度随机分布函数的核脉冲幅度随机数和符合所述核脉冲信号时间间隔随机分布函数的核脉冲时间间隔随机数；以所述核脉冲幅度随机数为幅值根据所述单个核脉冲信号的波形函数获得单个数字核脉冲波形，根据所述核脉冲时间间隔随机数输出下一个数字核脉冲波形；所述均匀分布随机数由该数字核脉冲信号建立模块产生。

需要说明的是，反函数抽样法是已知的算法。例如，所述核脉冲信号幅度随机分布函数为y＝f(x)，y＝f(x)存在反函数，即利用y来获得x，而y可以用均匀分布随机数代替。用t来表示均匀分布随机数，则t＝f(x)，由于t是已知的，因此，可以获得x。可以理解的是，利用该方式可以获得核脉冲幅度随机数，同理也可以获得核脉冲时间间隔随机数。

均匀分布随机数可以预先产生，可以理解的是，产生均分分布随机数也是比较成熟的技术，可以利用硬件来产生，也可以利用软件算法来产生。

所述数模转换模块405，用于将所述数字核脉冲信号转换为模拟核脉冲信号进行输出。

本发明提供的装置，获得核脉冲信号幅度随机分布函数；获得单个核脉冲信号的波形函数；获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；根据所述核脉冲信号幅度随机分布函数，单个核脉冲信号的波形函数以及核脉冲信号时间间隔随机分布函数产生数字核脉冲信号；将所述数字核脉冲信号转换为模拟核脉冲信号进行输出。该装置利用电子学手段产生放射源与探测器组合产生的核脉冲信号，保证了核脉冲信号的时间特性、幅度特性和脉冲形状特性。这样可以在科研和教学过程中模拟真实的核脉冲信号，从而避免使用放射源产生核脉冲信号时带来的放射性危害。

装置实施例二：

参见图6，该图为本发明提供的核脉冲信号的产生装置实施例二示意图。

本实施例提供的产生装置，所述核脉冲信号幅度随机模型建立模块包括：分段数据获取子模块402a、拟合函数获取子模块402b、平滑子模块402c、第一归一化子模块402d和第二归一化子模块402e；

所述分段数据获取子模块402a，根据预设节点对所述多道幅度能谱进行分段，得到分段数据；

可以理解的是，预设节点的选择原则是根据多道幅度能谱数据的变化趋势来确定，一般选择数据变化的转折点作为预设节点。

所述拟合函数获取子模块402b，对每段所述分段数据分别进行拟合，获得各段所述分段数据对应的拟合函数；

另外，所述拟合函数获取子模块402b包括：拟合子模块402b1、方差计算子模块402b2和选择子模块402b3；

所述拟合子模块402b1，用于利用指数拟合、高斯拟合和多项式拟合分别对每段所述分段数据进行拟合，获得每段所述分段数据对应的三种拟合函数；

所述方差计算子模块402b2，用于分别计算所述三种拟合函数的拟合方差；

所述选择子模块402b3，用于选取最小的拟合方差对应的拟合函数作为该段分段数据的拟合函数。

另外，所述核脉冲信号幅度随机模型建立模块402还包括：平滑子模块402c；

所述平滑子模块402c，用于在所述拟合曲线函数的横坐标进行归一化之前，对分段的拟合函数在节点处形成的断点进行平滑处理，以使各段拟合函数形成一个完整的平滑的拟合函数。

所述第一归一化子模块402d，对所述拟合函数的横坐标进行归一化，然后计算获得所述拟合函数的积分函数；

可以理解的是，对拟合函数的横坐标进行归一化指的是将横坐标归到[0，1]的区间。

获得拟合函数的积分函数是为了将密度概念转换为分布概念。

所述第二归一化子模块402e，对所述拟合函数的积分函数进行归一化，获得所述核脉冲信号幅度随机分布函数。

本实施例中，根据真实核脉冲信号的多道能谱数据的变化趋势选择预设节点对所述多道能谱数据进行分段得到分段数据，对分段数据进行拟合，最后获得核脉冲信号幅度随机分布函数。即对真实核脉冲信号进行数学分析，获得核脉冲信号幅度随机分布函数。

装置实施例三：

参见图7，该图为本发明提供的核脉冲信号的产生装置实施例三示意图。

由于真实核脉冲信号在时间上出现的概率服从泊松分布，因此，可以利用泊松分布函数来获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；并且，核脉冲信号的平均计数率就是泊松分布函数的期望。可以理解的是，平均计数率就是单位时间内核脉冲信号出现的个数，平均计数率反映了放射源的活性。

所述核脉冲信号时间间隔随机模型建立模块包括：核脉冲信号时间间隔随机模型建立子模块403a，用于按照以下方式获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；

按照泊松分布，在时间ΔT内出现n个核脉冲信号的概率为：

$P(n,\mathrm{\Δ}T)=\frac{{\left(\stackrel{\‾}{n}\mathrm{\Δ}T\right)}^n}{n!}{e}^{-\stackrel{\‾}{n}\mathrm{\Δ}T};$

其中，为所述核脉冲信号的平均计数率；即是n的平均值，n是服从泊松分布的随机值。

所述核脉冲信号的时间间隔服从平均值为的指数分布，则由指数分布获得所述核脉冲信号时间间隔随机分布函数为：

$F\left(x\right)=1-e^{-\stackrel{\‾}{n}x}.$

由于核脉冲信号在时间上服从泊松分布，因此可以利用泊松分布函数来获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数。

装置实施例四：

参见图8，该图为本发明提供的核脉冲信号的产生装置实施例四示意图。

可以理解的是，数模转换模块405之后还可以包括滤波和驱动电路。

对数字核脉冲信号建立模块输出的连续数字核脉冲信号使用数模转换模块DAC转换为模拟电流信号，转换时钟由FPGA模块的输出时钟同步；转换的模拟电流信号经由运算放大器的输入端和输出端之间的跨接电阻R1转换为模拟电压信号，并利用与R1并联的电容C1进行滤波；该模拟电压信号使用高驱动能力的运算放大器进行输出，并通过调节电阻R3、R4和R5的电阻值改变电路的放大倍数，以适配仪器下级电路的动态范围；而R4上接入的电压V1为核脉冲信号提供一个电压偏置，以使输出的核脉冲信号具有合适的基线。

需要说明的是，数字核脉冲信号建立模块可以由FPGA来实现。

同步信号输出指的是在每一个核脉冲信号输出时，同时给出一个固定宽度的+5V电平脉冲，作为仪器后端电子系统可能需要的触发信号。具体实现方法可以在每个核脉冲信号输出FPGA时，同时给出一个同步信号，经过电平转换之后，得到一个标准+5V电平脉冲。

装置实施例五：

参见图9，该图为本发明提供的数字核脉冲信号建立模块结构示意图。

所述数字核脉冲信号建立模块包括：幅度随机数获得子模块404a、单个数字核脉冲信号获得子模块404b、时间间隔随机数获得子模块404c和连续数字核脉冲信号获得模块404d；

所述幅度随机数获得子模块404a，用于根据反函数抽样法，利用均匀分布随机数抽样得到符合所述核脉冲信号幅度随机分布函数的核脉冲幅度随机数；

所述单个数字核脉冲信号获得子模块404b，用于以所述核脉冲幅度随机数为幅值，根据所述单个核脉冲信号的波形函数构造单个数字核脉冲信号；

所述时间间隔随机数获得子模块404c，用于根据反函数抽样法，利用均匀分布随机数抽样得到符合所述核脉冲信号时间间隔随机分布函数的核脉冲时间间隔随机数；

所述连续数字核脉冲信号获得模块404d，用于以所述核脉冲时间间隔随机数为脉冲时间间隔，构造并输出连续的数字核脉冲信号。

所述均匀分布随机数预先产生；

需要说明的是，反函数抽样法是已知的算法。例如，所述核脉冲信号幅度随机分布函数为y＝f(x)，y＝f(x)存在反函数，即利用y来获得x，而y可以用均匀分布随机数代替。用t来表示均匀分布随机数，则t＝f(x)，由于t是已知的，因此，可以获得x。可以理解的是，利用该方式可以获得核脉冲幅度随机数，同理也可以获得核脉冲时间间隔随机数。

均匀分布随机数可以预先产生，可以理解的是，产生均分分布随机数也是比较成熟的技术，可以利用硬件来产生，也可以利用软件算法来产生。

本发明以上实施例提供的装置，将电子学和数学相结合，来模拟产生核脉冲信号，从而为实验和教学研究提供核脉冲信号。这样可以不必利用放射源和探测器产生真实的核脉冲信号，避免放射源辐射产生的危害。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (12)

1.一种核脉冲信号的产生方法，其特征在于，包括以下步骤：

获得核脉冲信号幅度随机分布函数；

获得单个核脉冲信号的波形函数；

获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；

根据所述核脉冲信号幅度随机分布函数、单个核脉冲信号的波形函数以及核脉冲信号时间间隔随机分布函数产生数字核脉冲信号；

将所述数字核脉冲信号转换为模拟核脉冲信号进行输出。

2.根据权利要求1所述的核脉冲信号的产生方法，其特征在于，所述获得核脉冲信号幅度随机分布函数，具体为：

根据真实核脉冲信号的多道幅度能谱获得核脉冲信号幅度随机分布函数；

根据真实核脉冲信号的多道幅度能谱获得核脉冲信号幅度随机分布函数，具体为：

根据预设节点对所述多道幅度能谱进行分段，得到分段数据；

对每段所述分段数据分别进行拟合，获得各段所述分段数据对应的拟合函数；

对所述拟合函数的横坐标进行归一化，然后计算获得所述拟合函数的积分函数；

对所述拟合函数的积分函数进行归一化，获得所述核脉冲信号幅度随机分布函数。

3.根据权利要求2所述的核脉冲信号的产生方法，其特征在于，对每段所述分段数据分别进行拟合，获得各段所述分段数据对应的拟合函数，具体为：

利用指数拟合、高斯拟合和多项式拟合分别对每段所述分段数据进行拟合，获得每段所述分段数据对应的三种拟合函数；

分别计算所述三种拟合函数的拟合方差；

选取最小的拟合方差对应的拟合函数作为该段分段数据的拟合函数。

4.根据权利要求2所述的核脉冲信号的产生方法，其特征在于，对所述拟合函数的横坐标进行归一化，之前还包括：

对分段的拟合函数在节点处形成的断点进行平滑处理，以使各段拟合函数形成一个完整的平滑的拟合函数。

5.根据权利要求1所述的核脉冲信号的产生方法，其特征在于，获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数，具体为：根据所述真实核脉冲信号在时间上出现的概率服从泊松分布获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数，

按照泊松分布，在时间ΔT内出现n个核脉冲信号的概率为：

$P(n,\mathrm{\Δ}T)=\frac{{\left(\stackrel{\‾}{n}\mathrm{\Δ}T\right)}^n}{n!}{e}^{-\stackrel{\‾}{n}\mathrm{\Δ}T};$

其中，为所述核脉冲信号的平均计数率；

所述核脉冲信号的时间间隔服从平均值为的指数分布，则由指数分布获得所述核脉冲信号时间间隔随机分布函数为：

$F\left(x\right)=1-e^{-\stackrel{\‾}{n}x}.$

6.根据权利要求1所述的核脉冲信号的产生方法，其特征在于，所述根据所述核脉冲信号幅度随机分布函数、单个核脉冲信号的波形函数以及核脉冲信号时间间隔随机分布函数产生数字核脉冲信号，具体为：

根据反函数抽样法，利用均匀分布随机数抽样得到符合所述核脉冲信号幅度随机分布函数的核脉冲幅度随机数；

以所述核脉冲幅度随机数为幅值，根据所述单个核脉冲信号的波形函数构造单个数字核脉冲信号；

根据反函数抽样法，利用均匀分布随机数抽样得到符合所述核脉冲信号时间间隔随机分布函数的核脉冲时间间隔随机数；

以所述核脉冲时间间隔随机数为脉冲时间间隔，构造并输出连续的数字核脉冲信号。

7.一种核脉冲信号的产生装置，其特征在于，包括：核脉冲信号幅度随机模型建立模块、核脉冲信号波形函数建立模块、核脉冲信号时间间隔随机模型建立模块、数字核脉冲信号建立模块和数模转换模块；

所述核脉冲信号幅度随机模型建立模块，用于获得核脉冲信号幅度随机分布函数；

所述核脉冲信号波形函数建立模块，用于获得单个核脉冲信号的波形函数；

所述核脉冲信号时间间隔随机模型建立模块，用于获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；

所述数字核脉冲信号建立模块，用于根据所述核脉冲信号幅度随机分布函数，单个核脉冲信号的波形函数以及核脉冲信号时间间隔随机分布函数产生数字核脉冲信号；

所述数模转换模块，用于将所述数字核脉冲信号转换为模拟核脉冲信号进行输出。

8.根据权利要求7所述的核脉冲信号的产生装置，其特征在于，所述核脉冲信号幅度随机模型建立模块，用于根据真实核脉冲信号的多道幅度能谱获得核脉冲信号幅度随机分布函数；

所述核脉冲信号幅度随机模型建立模块包括：分段数据获取子模块、拟合函数获取子模块、第一归一化子模块和第二归一化子模块；

所述分段数据获取子模块，根据预设节点对所述多道幅度能谱进行分段，得到分段数据；

所述拟合函数获取子模块，对每段所述分段数据分别进行拟合，获得各段所述分段数据对应的拟合函数；

所述第一归一化子模块，对所述拟合函数的横坐标进行归一化，然后计算获得所述拟合函数的积分函数；

所述第二归一化子模块，对所述拟合函数的积分函数进行归一化，获得所述核脉冲信号幅度随机分布函数。

9.根据权利要求8所述的核脉冲信号的产生装置，其特征在于，所述拟合函数获取子模块包括：拟合子模块、方差计算子模块和选择子模块；

所述拟合子模块，用于利用指数拟合、高斯拟合和多项式拟合分别对每段所述分段数据进行拟合，获得每段所述分段数据对应的三种拟合函数；

所述方差计算子模块，用于分别计算所述三种拟合函数的拟合方差；

所述选择子模块，用于选取最小的拟合方差对应的拟合函数作为该段分段数据的拟合函数。

10.根据权利要求8所述的核脉冲信号的产生装置，其特征在于，所述核脉冲信号幅度随机模型建立模块还包括：平滑子模块；

所述平滑子模块，用于在所述拟合函数的横坐标进行归一化，对分段的拟合函数在节点处形成的断点进行平滑处理，以使各段拟合函数形成一个完整的平滑的拟合函数。

11.根据权利要求7所述的核脉冲信号的产生装置，其特征在于，所述核脉冲信号时间间隔随机模型建立模块包括：核脉冲信号时间间隔随机模型建立子模块，用于按照以下方式获得核脉冲信号时间间隔随机分布函数；

按照泊松分布，在时间ΔT内出现n个核脉冲信号的概率为：

$P(n,\mathrm{\Δ}T)=\frac{{\left(\stackrel{\‾}{n}\mathrm{\Δ}T\right)}^n}{n!}{e}^{-\stackrel{\‾}{n}\mathrm{\Δ}T};$

其中，为所述核脉冲信号的平均计数率；

所述核脉冲信号的时间间隔服从平均值为的指数分布，则由指数分布获得所述核脉冲信号时间间隔随机分布函数为：

$F\left(x\right)=1-e^{-\stackrel{\‾}{n}x}.$

12.根据权利要求7所述的核脉冲信号的产生装置，其特征在于，所述数字核脉冲信号建立模块包括：幅度随机数获得子模块、单个数字核脉冲信号获得子模块、时间间隔随机数获得子模块和连续数字核脉冲信号获得模块；

所述幅度随机数获得子模块，用于根据反函数抽样法，利用均匀分布随机数抽样得到符合所述核脉冲信号幅度随机分布函数的核脉冲幅度随机数；

所述单个数字核脉冲信号获得子模块，用于以所述核脉冲幅度随机数为幅值，根据所述单个核脉冲信号的波形函数构造单个数字核脉冲信号；

所述时间间隔随机数获得子模块，用于根据反函数抽样法，利用均匀分布随机数抽样得到符合所述核脉冲信号时间间隔随机分布函数的核脉冲时间间隔随机数；

所述连续数字核脉冲信号获得模块，用于以所述核脉冲时间间隔随机数为脉冲时间间隔，构造并输出连续的数字核脉冲信号。