CN110837621A - 一种辐射驱动冲击波数据处理方法 - Google Patents

一种辐射驱动冲击波数据处理方法 Download PDF

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王哲斌
张琛
段晓溪
刘浩
杨为明
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Abstract

本发明公开了一种辐射驱动冲击波数据处理方法，空间位置s从时间基准零点到时间点xK处的时间间隔为
Figure DDA0002290907390000011
且
Figure DDA0002290907390000012
的不确定度为
Figure DDA0002290907390000013
条纹相机工作区域内平均时间点tI位置处的不确定度为
Figure DDA0002290907390000014
条纹相机渡越区域内平均时间点tF位置处的不确定度为
Figure DDA0002290907390000015
得到渡越时间总的不确定度为

Description

一种辐射驱动冲击波数据处理方法
技术领域
本发明涉及辐射驱动冲击波速度诊断技术领域，具体而言涉及一种辐射驱动冲击波数据处理方法。
背景技术
辐射驱动冲击波速度诊断是辐射驱动聚变以及物质状态方程研究中的重要诊断技术。无论是聚变研究还是物质状态方程研究，冲击波速度诊断的精度都是决定其应用价值的关键因素。由于整个实验过程的持续时间只有几ns，为了研究其物理机制，需要有ps量级时间分辨的诊断手段。条纹相机具有连续测量光信号时间过程的能力，是冲击波速度诊断中的重要组成部分。通过光学条纹相机测量样品在冲击波加热下的自发辐射光特性，推算出冲击波穿过已知相对厚度为Δd的台阶所需的渡越时间Δt，就可以计算出冲击波穿过这一厚度期间的平均速度，也就是冲击波速度。
在冲击波实验中，由光学条纹相机诊断获得的冲击波图像计算的渡越时间是最关键的物理诊断量，它的处理精度直接影响实验获取的冲击波速度的可靠性，这是决定实验数据应用价值的最主要因素。实验中各种实际条件会偏离理想要求，需要尽量准确地分析冲击波实验数据、获取实验图像中有用的时间信息，计算出各个影响因素中的不确定度是实验后数据处理中的重点与难点。
条纹相机自身的扫速不确定度以及诊断系统时间分辨率会影响渡越时间的精度。国内现有的冲击波数据处理方法都建立在理想条纹相机性能的基础上：即相机工作区域内的扫速晃动影响很小，使用平均扫速可以很好的表征区域内渡越时间变化。此时渡越时间不确定度可以简单的用扫速非线性来表征。而实际实验中，光学条纹相机变像管中由于偏转电压的非线性和电子透镜等的空间畸变是一个普遍存在的问题，会直接影响扫描时间的测量，增大渡越时间测量的不确定度，要实现高精度的诊断必须尽量通过充分分析其作用机制，减小它们对诊断精度的影响。
冲击波发光时间的读数不确定度也是影响渡越时间精度的影响因素之一。在传统的冲击波图像处理过程中，每个台阶上只取一个时间点来代表整个台阶面的可见光穿出时间，这种方法直接忽略了冲击波图像每个空间点的离散影响，降低了冲击波图像处理的可靠性。
此外，在冲击波物理实验中，每轮实验中总计会形成几十幅冲击波实验图像，而每一发次的实验图像都必须进行多点、多区域的统计计算，如用手工处理效率低、精度低，而且费时，无法在第一时间内获得实验结果的量化分析，指导后续实验的进程。
发明内容
本发明提供了一种辐射驱动冲击波数据处理方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种辐射驱动冲击波数据处理方法，包括以下步骤：
S1：空间位置s从时间基准零点到时间点xK处的时间间隔为
Figure BDA0002290907380000031
且
Figure BDA0002290907380000032
的不确定度为
Figure BDA0002290907380000033
S2：条纹相机工作区域内平均时间点tI位置处的不确定度为
Figure BDA0002290907380000034
条纹相机渡越区域内平均时间点tF位置处的不确定度为得到渡越时间总的不确定度为
进一步，所述步骤S1中，
Figure BDA0002290907380000037
其中，x为时间轴，单位是CCD的像素，表示空间位置s位于时间点x处的扫速，K表示时间点xK对应的时间坐标，Δxs(i)表示空间位置s从时间基准零点到时间点i处的时间间隔，单位是CCD的像素，i取值为从1至K之间。
进一步，根据不确定度传输公式，则
Figure BDA0002290907380000039
从时间基准零点到时间点xK的时间段内，只在所述时间段的始末位置存在判断不确定度，则
其中，
Figure BDA0002290907380000041
表示所述时间段内各点扫速不确定度，
Figure BDA0002290907380000042
表示空间位置s位于时间基准零点的不确定度，且
Figure BDA0002290907380000043
由条纹相机扫速精细标定得到，表示空间位置s位于时间点xK的不确定度，且
Figure BDA0002290907380000045
是数据点的读取不确定度，
Figure BDA0002290907380000046
表示空间位置s位于时间基准零点的扫速，
Figure BDA0002290907380000047
表示空间位置s位于时间点xK的扫速。
进一步，所述步骤S2中，所述空间位置s位于条纹相机工作区域时，记为s1，且s1＝1,2,…N，所述工作区域内时间点I位置处的平均时间为tI；
所述空间位置s位于条纹相机渡越区域时，记为s2，且s2＝1,2,…M，所述渡越区域内时间点F位置处的平均时间为tF，则时间点I和时间点F处的等效时间间隔为TIF,且TIF＝tF-tI。
进一步，平均时间点tI位置处的不确定度
Figure BDA0002290907380000048
由单点的测量不确定度
Figure BDA0002290907380000049
和区域各点离散引入的统计不确定度
Figure BDA00022909073800000410
组成，其中，
Figure BDA00022909073800000411
Figure BDA00022909073800000412
则
Figure BDA00022909073800000413
其中，I表示渡越时间的Initial线，tS I表示Initial线上的任一点对应的时间，S取值为从1至N之间，N表示Initial线上的总点数。
进一步，平均时间点tF位置处的不确定度
Figure BDA0002290907380000051
则
Figure BDA0002290907380000052
其中，F表示渡越时间的Final线，tS F表示Final线上的任一点对应的时间，S取值为从1至M之间，M表示Final线上的总点数。
进一步，渡越时间总的不确定度为
Figure BDA0002290907380000053
由A类不确定
Figure BDA0002290907380000054
和B类不确定
Figure BDA0002290907380000055
组成；
其中，
Figure BDA0002290907380000056
B类不确定
Figure BDA0002290907380000057
由第一因素
Figure BDA0002290907380000058
和第二因素
Figure BDA0002290907380000059
组成，其中，
Figure BDA00022909073800000510
Figure BDA00022909073800000511
ΔTcr表示时间分辨，δtNL表示区域L内冲击波非平面性造成的时间晃动，所述区域L表示冲击波图像对应的空间区域。
进一步，渡越时间总的不确定度为：
Figure BDA00022909073800000512
本发明的有益效果是：
充分考虑实际实验中光学条纹相机变像管偏转电压的非线性和电子透镜等的空间畸变，以及冲击波图像中每个空间点的离散影响和不同位置的条纹相机的扫速及扫速不确定度差异，提高冲击波数据处理的精度和可靠性，提高冲击波实验数据的处理效率，实现快速的在线处理，节省实验成本。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
实施例一：
在冲击波物理实验中，从冲击波数据的预处理、获取发光前沿到通过导入条纹相机标定数据库和靶参数计算出冲击波速度以及不确定度，过程中的每一步都会影响最后的数据处理结果。因此，为了明确数据处理的方法从而有针对性地进行后期数据分析，详细分析数据处理中的各个过程是必要的。同时，每轮实验中总计会形成几十幅冲击波实验图像，而每一发次的实验图像都必须进行多点、多区域的统计计算，如用手工处理效率比较低，因此，有必要开发研制一套实验数据的在线处理程序，以便在实验现场实现记录图像的快速处理和测量数据的即时计算。更为重要的是，通过在线程序可以在现场即时地给出处理结果，因而，能及时发现实验中所存在的问题，并可以通过及时改变或优化各种实验条件，有效地引导下一发次实验的顺利进行，从而提高实验成功率，降低研究成本，对于激光聚变靶物理实验研究而言，这一点是非常有意义的。
一种辐射驱动冲击波数据处理方法，包括以下步骤：
S1：空间位置s从时间基准零点到时间点xK处的时间间隔为
Figure BDA0002290907380000071
且
Figure BDA0002290907380000072
的不确定度为
Figure BDA0002290907380000073
所述步骤S1中，
Figure BDA0002290907380000074
其中，x为时间轴，单位是CCD的像素，
Figure BDA0002290907380000075
表示空间位置s位于时间点x处的扫速，K表示时间点xK对应的时间坐标，Δxs(i)表示空间位置s从时间基准零点到时间点i处的时间间隔，单位是CCD的像素，i取值为从1至K之间。根据不确定度传输公式，则
Figure BDA0002290907380000076
从时间基准零点到时间点xK的时间段内，只在所述时间段的始末位置存在判断不确定度，则
Figure BDA0002290907380000077
其中，表示所述时间段内各点扫速不确定度，表示空间位置s位于时间基准零点的不确定度，且
Figure BDA00022909073800000710
由条纹相机扫速精细标定得到，
Figure BDA00022909073800000711
表示空间位置s位于时间点xK的不确定度，且是数据点的读取不确定度，
Figure BDA00022909073800000713
表示空间位置s位于时间基准零点的扫速，
Figure BDA00022909073800000714
表示空间位置s位于时间点xK的扫速。
S2：条纹相机工作区域内时间点tI位置处的不确定度为条纹相机渡越区域内时间点tF位置处的不确定度为
Figure BDA0002290907380000081
得到渡越时间总的不确定度为
所述步骤S2中，所述空间位置s位于条纹相机工作区域时，记为s1，且s1＝1,2,…N，所述工作区域内时间点I位置处的平均时间为tI；所述空间位置s位于条纹相机渡越区域时，记为s2，且s2＝1,2,…M，所述渡越区域内时间点F位置处的平均时间为tF，则时间点I和时间点F处的等效时间间隔为TIF,且TIF＝tF-tI。平均时间点tI位置处的不确定度
Figure BDA0002290907380000083
由单点的测量不确定度
Figure BDA0002290907380000084
和区域各点离散引入的统计不确定度
Figure BDA0002290907380000085
组成，其中，
Figure BDA0002290907380000086
Figure BDA0002290907380000087
则
其中，I表示渡越时间的Initial线，tS I表示Initial线上的任一点对应的时间，S取值为从1至N之间，N表示Initial线上的总点数。
平均时间点tF位置处的不确定度
Figure BDA0002290907380000089
则
Figure BDA00022909073800000810
其中，F表示渡越时间的Final线，tS F表示Final线上的任一点对应的时间，S取值为从1至M之间，M表示Final线上的总点数。
渡越时间总的不确定度为
Figure BDA0002290907380000091
由A类不确定
Figure BDA0002290907380000092
和B类不确定
Figure BDA0002290907380000093
组成；
其中，
Figure BDA0002290907380000094
B类不确定
Figure BDA0002290907380000095
由第一因素和第二因素
Figure BDA0002290907380000097
组成，其中，
Figure BDA0002290907380000099
ΔTcr表示时间分辨，δtNL表示区域L内冲击波非平面性造成的时间晃动，所述区域L表示冲击波图像对应的空间区域。渡越时间总的不确定度为：
Figure BDA00022909073800000910
上述整个数据处理过程建立可视化的数据处理界面，导入各种型号的光学条纹相机2ns、5ns、10ns档的扫速库及其扫速不确定度数据库，可选择相应的数据库进行处理；同时可实现多种数据处理方法兼容，还可以在界面上选取相应的数据处理范围，并能够针对特定区域进行分析，对影响冲击波速度不确定度的各个因素进行细致分析，并即时将主要的实验数据结果以及相应不确定度展示在程序界面，中间计算过程的细节数据生成相应的数据文件。
相比传统方法，本发明建立的精细数据处理方法考虑的因素更多，不仅细致处理了各点扫速差异从而减小了整个工作区域扫速非线性对不确定度的影响，还考虑了冲击波沿各位置涨落引入的不确定度，另外也考虑了时间基准自身不确定度的影响，使得该方法处理过程更加符合实际光学条纹相机的测量情况，提高了冲击波速度及其不确定度表征方法的可信度。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种辐射驱动冲击波数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：空间位置s从时间基准零点到时间点xK处的时间间隔为
Figure FDA0002290907370000011
且的不确定度为
Figure FDA0002290907370000013
S2：条纹相机工作区域内平均时间点tI位置处的不确定度为
Figure FDA0002290907370000014
条纹相机渡越区域内平均时间点tF位置处的不确定度为
Figure FDA0002290907370000015
得到渡越时间总的不确定度为
Figure FDA0002290907370000016
2.根据权利要求1所述的数据处理方法，其特征在于，所述步骤S1中，
Figure FDA0002290907370000017
其中，x为时间轴，单位是CCD的像素，
Figure FDA0002290907370000018
表示空间位置s位于时间点x处的扫速，K表示时间点xK对应的时间坐标，Δxs(i)表示空间位置s从时间基准零点到时间点i处的时间间隔，单位是CCD的像素，i取值为从1至K之间。
3.根据权利要求2所述的数据处理方法，其特征在于，根据不确定度传输公式，则
Figure FDA0002290907370000019
从时间基准零点到时间点xK的时间段内，只在所述时间段的始末位置存在判断不确定度，则
Figure FDA00022909073700000110
其中，
Figure FDA00022909073700000111
表示所述时间段内各点扫速不确定度，
Figure FDA00022909073700000112
表示空间位置s位于时间基准零点的不确定度，且
Figure FDA0002290907370000021
由条纹相机扫速精细标定得到，
Figure FDA0002290907370000022
表示空间位置s位于时间点xK的不确定度，且
Figure FDA0002290907370000023
是数据点的读取不确定度，
Figure FDA0002290907370000024
表示空间位置s位于时间基准零点的扫速，表示空间位置s位于时间点xK的扫速。
4.根据权利要求3所述的数据处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述空间位置s位于条纹相机工作区域时，记为s1，且s1＝1,2,…N，所述工作区域内时间点I位置处的平均时间为tI；
所述空间位置s位于条纹相机渡越区域时，记为s2，且s2＝1,2,…M，所述渡越区域内时间点F位置处的平均时间为tF，则时间点I和时间点F处的等效时间间隔为TIF,且TIF＝tF-tI。
5.根据权利要求4所述的数据处理方法，其特征在于，平均时间点tI位置处的不确定度
Figure FDA0002290907370000026
由单点的测量不确定度
Figure FDA0002290907370000027
和区域各点离散引入的统计不确定度
Figure FDA0002290907370000028
组成，其中，
Figure FDA0002290907370000029
Figure FDA00022909073700000210
则
Figure FDA00022909073700000211
其中，I表示渡越时间的Initial线，tS I表示Initial线上的任一点对应的时间，S取值为从1至N之间，N表示Initial线上的总点数。
6.根据权利要求5所述的数据处理方法，其特征在于，平均时间点tF位置处的不确定度
Figure FDA0002290907370000031
则
Figure FDA0002290907370000032
其中，F表示渡越时间的Final线，tS F表示Final线上的任一点对应的时间，S取值为从1至M之间，M表示Final线上的总点数。
7.根据权利要求6所述的数据处理方法，其特征在于，渡越时间总的不确定度为由A类不确定
Figure FDA0002290907370000034
和B类不确定
Figure FDA0002290907370000035
组成；
其中，
Figure FDA0002290907370000036
B类不确定
Figure FDA0002290907370000037
由第一因素
Figure FDA0002290907370000038
和第二因素
Figure FDA0002290907370000039
组成，其中，
Figure FDA00022909073700000310
Figure FDA00022909073700000311
ΔTcr表示时间分辨，δtNL表示区域L内冲击波非平面性造成的时间晃动，所述区域L表示冲击波图像对应的空间区域。
8.根据权利要求7所述的数据处理方法，其特征在于，渡越时间总的不确定度为：
Figure FDA00022909073700000312
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