CN110873889B - 贯穿辐射应急探测模拟系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种贯穿辐射应急探测模拟系统及方法，所述系统包括：包括：辐射模拟探测设备和主控微机，其中，辐射模拟探测设备用于获取自身在设定辐射场中移动时的实时空间位置，并将实时空间位置发送给主控微机；主控微机用于设置模拟辐射源的位置，根据模拟辐射源的位置和实时空间位置计算出辐射模拟探测设备在当前所处位置对应的辐射剂量率值，并将辐射剂量率值发送给辐射模拟探测设备进行显示。本发明实施例提供的贯穿辐射应急探测模拟系统及方法，在不需要实际核材料的前提下，可以较为准确的模拟室内某设置点处模拟辐射源在空间形成的辐射场辐射剂量率值，有效地仿真了与有核材料相同的试验和教学过程。
Description
技术领域
本发明涉及辐射监测技术领域，更具体地，涉及一种贯穿辐射应急探测模拟系统及方法。
背景技术
核能作为一种新型的能源，高效清洁，但同时它也存在一定的风险。为了更好的利用核能，各国对核相关专业知识人才的培养力度空前。然而，一方面，目前关于核辐射相关专业人员的培养大多数是在无核材料的情况下进行的操作训练，虽然能够达到一定的技能培养效果，但对实际情况的模拟欠佳；另一方面，由于核材料的敏感性问题以及相关防护，屏蔽工作复杂且难度大，任何实验室教学单位要想获得核材料相当困难，除了需要取得国家相关部门的审批，还要耗费大量金钱和时间来建设符合标准的屏蔽和防护设备。
为了解决以上问题，使得更多的实验室和教学单位具有核辐射场检测的资质或者能力，国内外开始研究模拟辐射探测设备，即不使用实际的核材料，通过模拟辐射源在空间形成的辐射场来有效地仿真核材料。目前国内外关于模拟辐射探测设备的研究主要有蒋剑影等人研制的采用全球定位技术和计算机相结合的方法，实现了对核爆炸后地面辐射场的模拟，解决了辐射侦探问题，林源根等人关于被动法探测核材料辐射场的数值模拟分析以及张凯等人关于辐射监控系统训练模拟器的开发。
以上关于模拟探测设备的研究均取得了比较好的成果，且在实际中应用成熟。然而由于室外场地宽阔，目标范围大，即使误差范围在1～2米，通过GPS等定位系统可以取得很好的效果，但当这种模拟进入室内之后，由于室内空间有限，以及信号屏蔽的影响，这种室内定位误差将会持续扩大。因此，亟需提供一种方法或系统能够有效地模拟室内辐射场，使得更多的实验室和教学单位具有核辐射场检测的资质或能力。
发明内容
本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的贯穿辐射应急探测模拟系统及方法。
第一方面，本发明实施例提供一种贯穿辐射应急探测模拟系统，包括：辐射模拟探测设备和主控微机，其中，
所述辐射模拟探测设备用于获取自身在设定辐射场中移动时的实时空间位置，并将所述实时空间位置发送给所述主控微机；
所述主控微机用于设置模拟辐射源的位置，根据所述模拟辐射源的位置和所述实时空间位置计算出所述辐射模拟探测设备在当前所处位置对应的辐射剂量率值，并将所述辐射剂量率值发送给所述辐射模拟探测设备进行显示。
进一步地，所述辐射模拟探测设备包括：位置跟踪模块、控制模块、通信模块和显示模块，其中，
所述位置跟踪模块，用于实时输出所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中移动时的经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值至所述控制模块；
所述控制模块，用于根据所述经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值计算所述辐射模拟探测设备在设定辐射场中的实时空间位置，将所述实时空间位置发送至所述通信模块；
所述通信模块，用于将所述实时空间位置发送给所述主控微机，接收所述主控微机发送的所述辐射模拟探测设备在当前所处位置对应的辐射剂量率值，并将所述辐射剂量率值发送给所述控制模块；
所述显示模块，用于基于所述控制模块的指令显示所述辐射剂量率值。
进一步地，所述位置跟踪模块具体用于：
获取所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中移动时的原始三轴加速度值和原始三轴角速度值；
对所述原始三轴加速度值和原始三轴角速度值进行DMP滤波和偏移校准，获得经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值。
进一步地，所述控制模块具体用于：
基于所述经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值，利用两个不同计算方法计算三轴旋转角度值，并利用卡尔曼滤波融合所述两个不同计算方法得到的角度值，获得最优三轴旋转角度值；
基于所述最优三轴旋转角度值，利用等旋转矢量四子样算法解出四元数矩阵，通过所述四元数矩阵得到旋转矩阵；
利用所述旋转矩阵将所述经过预处理的三轴加速度值分量转换到模拟探测设备惯性坐标系三轴，通过积分误差修正得到三个方向位移，获得所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中的实时空间位置；
其中，所述两个不同计算方法具体为：以加速度和重力加速度之间的关系计算三轴旋转角度，以预设时间长度进行角速度积分计算三轴旋转角度。
进一步地，所述主控微机具体用于：
根据所述模拟辐射源的位置和所述实时空间位置计算出所述辐射模拟探测设备与所述模拟辐射源之间的空间距离；
基于所述空间距离，利用中子/γ剂量当量率计算公式，计算获得所述辐射模拟探测设备当前所处位置对应的辐射剂量率值。
其中，所述主控微机还包括蓝牙主机模块，相对应地，所述辐射模拟探测设备的通信模块具体为蓝牙从机模块。
其中，所述位置跟踪模块具体为MPU6050惯性传感器。
其中，所述控制模块具体为Arduino UNO R3主控板。
第二方面，本发明实施例提供一种应用于如第一方面所述的贯穿辐射应急探测模拟系统的贯穿辐射应急探测模拟方法，包括：
获取辐射模拟探测设备在设定辐射场中移动时的实时空间位置；
设置模拟辐射源的位置，根据所述模拟辐射源的位置和所述实时空间位置计算出所述辐射模拟探测设备在当前所处位置对应的辐射剂量率值，并将所述辐射剂量率值发送给所述辐射模拟探测设备进行显示。
其中，所述获取辐射模拟探测设备在设定辐射场中移动时的实时空间位置，具体为：
获取所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中移动时的原始三轴加速度值和原始三轴角速度值；
对所述原始三轴加速度值和原始三轴角速度值进行DMP滤波和偏移校准，获得经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值；
基于所述经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值，利用两个不同计算方法计算三轴旋转角度值，并利用卡尔曼滤波融合所述两个不同计算方法得到的角度值，获得最优三轴旋转角度值；
基于所述最优三轴旋转角度值，利用等旋转矢量四子样算法解出四元数矩阵，通过所述四元数矩阵得到旋转矩阵；
利用所述旋转矩阵将所述经过预处理的三轴加速度值分量转换到模拟探测设备惯性坐标系三轴，通过积分误差修正得到三个方向位移，获得所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中的实时空间位置；
其中，所述两个不同计算方法具体为：以加速度和重力加速度之间的关系计算三轴旋转角度，以预设时间长度进行角速度积分计算三轴旋转角度。
本发明实施例提供的贯穿辐射应急探测模拟系统及方法，在不需要实际核材料的前提下，可以较为准确的模拟室内某设置点处模拟辐射源在空间形成的辐射场辐射剂量率值，有效地仿真了与有核材料相同的试验和教学过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。
图1为本发明实施例提供的贯穿辐射应急探测模拟系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的辐射模拟探测设备运动轨迹平面图；
图3为本发明实施例提供的辐射模拟探测设备的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的控制模块的工作原理图；
图5为本发明实施例提供的坐标转换示意图；
图6为辐射模拟探测设备在坐标系中的加速度示意图；
图7为本发明实施例提供的辐射模拟探测设备的实现原理图；
图8为本发明实施例提供的贯穿辐射应急探测模拟方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
本发明实施例提供一种贯穿辐射应急探测模拟系统，旨在不需要真实核材料的前提下，准确模拟室内某处设置模拟辐射源在空间形成的辐射场辐射剂量率值，从而使更多的实验室和教学单位进行有关核材料的试验和教学过程。
如图1所示，为本发明实施例提供的贯穿辐射应急探测模拟系统的结构示意图，包括：辐射模拟探测设备110和主控微机120，其中，所述辐射模拟探测设备110用于获取自身在设定辐射场中移动时的实时空间位置，并将所述实时空间位置发送给所述主控微机；
具体地，实验人员手持辐射模拟探测设备110在设定辐射场中移动，辐射模拟探测设备110则获取其自身在设定辐射场中移动时的实时空间位置，并将该实时空间位置发送给主控微机。
所述主控微机120用于设置模拟辐射源的位置，根据所述模拟辐射源的位置和所述实时空间位置计算出所述辐射模拟探测设备在当前所处位置对应的辐射剂量率值，并将所述辐射剂量率值发送给所述辐射模拟探测设备进行显示。
具体地，可以通过主控微机120设置设定辐射场中模拟辐射源所在的位置，当辐射模拟探测设备110在设定辐射场中移动时，根据辐射模拟探测设备110的实时空间位置和模拟辐射源的位置，可以确定出辐射模拟探测设备110与模拟辐射源的空间距离，在设定辐射场中，辐射剂量率值与距离的平方成反比，因此，可以根据辐射模拟探测设备110与模拟辐射源的空间距离计算出辐射模拟探测设备110在当前所处位置对应的辐射剂量率值。
例如，若设定辐射场为中子/γ射线辐射场，则可以根据中子/γ剂量当量率计算公式获得辐射模拟探测设备110在当前所处位置对应的辐射剂量率值。图2为本发明实施例提供的辐射模拟探测设备运动轨迹平面图。图2中，A为主控微机所在位置，B为模拟辐射源的位置，C为辐射模拟探测设备的实时空间位置。当模拟辐射探测设备120按图2中的虚线路径运动时，C(x,y,z)处的辐射强度值仅与B，C两点之间的空间距离R有关。
主控微机120将计算出的辐射模拟探测设备110在当前所处位置对应的辐射剂量率值发送给辐射模拟探测设备110，由辐射模拟探测设备110显示出来。从而实现了对设定辐射场的测量与显示辐射场强数值。
本发明实施例提供的贯穿辐射应急探测模拟系统，在不需要实际核材料的前提下，可以较为准确的模拟室内某设置点处模拟辐射源在空间形成的辐射场辐射剂量率值，有效地仿真了与有核材料相同的试验和教学过程。
基于上述实施例的内容，如图3所示，为本发明实施例提供的辐射模拟探测设备的结构示意图，所述辐射模拟探测设备110包括：位置跟踪模块1101、控制模块1102、通信模块1103和显示模块1104，其中，
所述位置跟踪模块1101，用于实时输出所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中移动时的经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值至所述控制模块；
具体地，位置跟踪模块1101用于跟踪所述辐射模拟探测设备110在所述设定辐射场中移动时的实时空间位置，具体通过能够采集三轴加速度与三轴角速度的惯性传感器来实现。通常惯性传感器的精度不高，因此，还需要对惯性传感器采集的数据进行预处理，包括进行校准和补偿，从而提高位置跟踪模块1101输出数据的精度，消除误差。位置跟踪模块1101最终输出经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值至控制模块。
所述控制模块1102，用于根据所述经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值计算所述辐射模拟探测设备在设定辐射场中的实时空间位置，将所述实时空间位置发送至所述通信模块；
具体地，控制模块1102接收位置跟踪模块1101发送的经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值，根据经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值，基于空间惯性坐标与目标载体坐标变换理论，将误差消除和补偿后的加速度/角速度转换到辐射模拟探测设备行进过程惯性坐标的三个轴向上，通过积分与补偿得到三个轴向上的空间位移，即获得辐射模拟探测设备在设定辐射场中的实时空间位置。
所述通信模块1103，用于将所述实时空间位置发送给所述主控微机，接收所述主控微机发送的所述辐射模拟探测设备在当前所处位置对应的辐射剂量率值，并将所述辐射剂量率值发送给所述控制模块；
具体地，通信模块1103主要实现辐射模拟探测设备110与主控微机120之间的数据通信。通信模块1103将控制模块1102计算出的实时空间位置发送给主控微机120，以供主控微机120根据辐射模拟探测设备110的实时空间位置结合辐射剂量率值计算公式计算出该实时空间位置对应的辐射剂量率值。通信模块1103还接收主控微机120发送的辐射剂量率值，将接收到的辐射剂量率值发送给控制模块。
所述显示模块1104，用于基于所述控制模块的指令显示所述辐射剂量率值。
具体地，显示模块1104接收到控制模块1102的指令后，所述指令中携带辐射剂量率值，在其屏幕上显示所述辐射剂量率值。在一个实施例中，所述显示模块具体为LCD液晶显示器。值得说明的是，本发明实施例可以设置辐射剂量率值的更新周期，例如，可以设置以每秒一次的频率实时更新辐射剂量率值。
本发明实施例提供的贯穿辐射应急探测模拟系统，可以准确地得到辐射模拟探测设备的实时空间位置，从而在不需要实际核材料的前提下，可以较为准确的模拟室内某设置点处模拟辐射源在空间形成的辐射场辐射剂量率值，有效地仿真了与有核材料相同的试验和教学过程。
基于上述实施例的内容，所述位置跟踪模块1101具体用于：
获取所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中移动时的原始三轴加速度值和原始三轴角速度值；
对所述原始三轴加速度值和原始三轴角速度值进行DMP滤波和偏移校准，获得经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值。
具体地，所述原始三轴加速度值和原始三轴角速度值经过DMP滤波和偏移校正后，数据更稳定、偏移更小。其中，偏移校准的过程包括：加速度偏移校准，角速度偏移校准以及俯仰、偏航和滚动三轴旋转角度偏移校准。
基于上述实施例的内容，所述控制模块1102具体用于：
基于所述经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值，利用两个不同计算方法计算三轴旋转角度值，并利用卡尔曼滤波融合所述两个不同计算方法得到的角度值，获得最优三轴旋转角度值；
基于所述最优三轴旋转角度值，利用等旋转矢量四子样算法解出四元数矩阵，通过所述四元数矩阵得到旋转矩阵；
利用所述旋转矩阵将所述经过预处理的三轴加速度值分量转换到模拟探测设备惯性坐标系三轴，通过积分误差修正得到三个方向位移，获得所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中的实时空间位置；
其中，所述两个不同计算方法具体为：以加速度和重力加速度之间的关系计算三轴旋转角度，以预设时间长度进行角速度积分计算三轴旋转角度。
具体地，如图4所示，为本发明实施例提供的控制模块的工作原理图。
控制模块1102首先基于所述经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值，利用两个不同计算方法计算三轴旋转角度值，即以加速度和重力加速度之间的关系计算三轴旋转角度和以预设时间长度(例如0.1s)进行角速度积分计算三轴旋转角度，并利用卡尔曼滤波融合所述两个不同计算方法得到的角度值，即将角速度积分得到的角度值作为卡尔曼滤波观测值，将由加速度值得到的角度值作为预测值，通过卡尔曼滤波得到最优三轴旋转角度值。
然后，控制模块1102基于所述最优三轴旋转角度值，利用等旋转矢量四子样算法解出四元数矩阵，通过所述四元数矩阵得到旋转矩阵；
最后，由于在实际运动过程中，位置跟踪模块的坐标系与所述辐射模拟探测设备在行进过程中的惯性坐标系并不完全重合，因此，需要利用所述旋转矩阵将所述经过预处理的三轴加速度值分量转换到模拟探测设备的惯性坐标系三轴，通过积分误差修正得到三个方向位移，获得所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中的实时空间位置。
如图5所示，为本发明实施例提供的坐标转换示意图。其中γ，φ，ψ，分别为绕X，Y，Z三轴旋转角度值(不同的旋转顺序角度值含义不一定相同)，称为俯仰、偏航和滚动角。
为了将位置跟踪模块的坐标系转换到模拟探测设备惯性坐标系中，可以采用第一次绕z0轴，第二次绕过渡轴y0′，第三次绕过渡轴x′的转换顺序，即开始时绕z轴正方向转动角度为
然后绕过渡轴y0′正方向旋转角度为ψ，最后绕过渡轴x旋转角度为γ。据此转换顺序可以写出两坐标系方向余弦关系式如下：
其中，
AT＝CT3CT2CT1 (2)
三次旋转矩阵依次是：
从而得到旋转矩阵
通过坐标转换，可以得到在惯性坐标系中三轴线性加速度值大小，设为ax，ay，az，坐标变换的具体过程为：
将加速度转换至辐射模拟探测设备惯性坐标系的公式为：
由公式(8)可以得到ax，ay，az的坐标。
在运动过程中，辐射模拟探测设备在坐标系中的加速度如图6所示。
由物理学知识可得在三个轴方向上的速度vx，vy，vz，及位移Sx，Sy，Sz，计算公式如下：
其中v0，S0分别为辐射模拟探测设备初始速度和初始位移。在本实施例中，假设辐射模拟探测设备在初始坐标为S0(0,0,1)位置由静止开始运动，故上述两式可以简化为：
本发明实施例提供了控制模块1102根据位置跟踪模块1101输出的经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值计算获得辐射模拟探测设备在设定辐射场中的实时空间位置的具体流程。
基于上述实施例的内容，所述主控微机120具体用于：
根据所述模拟辐射源的位置和所述实时空间位置计算出所述辐射模拟探测设备与所述模拟辐射源之间的空间距离；
基于所述空间距离，利用中子/γ剂量当量率计算公式，计算获得所述辐射模拟探测设备当前所处位置对应的辐射剂量率值。
具体地，模拟探测设备实时空间坐标为(Sx，Sy，Sz)，模拟辐射源的空间坐标为(x0，y0，z0)，由空间两点之间距离公式可得辐射模拟探测设备与所述模拟辐射源之间的空间距离为：
然后，根据中子/γ射线剂量当量率计算公式可得出剂量当量率值，其中，中子/γ射线剂量当量率计算公式具体为：
其中，Kn，Kγ分别为中子和γ辐射剂量率计算系数。
基于上述实施例的内容，所述主控微机还包括蓝牙主机模块，相对应地，所述辐射模拟探测设备的通信模块具体为蓝牙从机模块。
具体地，所述辐射模拟探测设备与主控微机之间通过蓝牙技术实现数据通信。蓝牙模块具体为带底板的HC-05蓝牙串口模块。蓝牙模块主要用于一定距离的数据传输与通信，简化了辐射模拟探测设备与主控微机间通信的方式，大大减少了线缆的复杂程度，并且对本发明实施例中辐射模拟探测设备空间运动分析具有重大意义。主控微机还包括蓝牙主机模块，相对应地，所述辐射模拟探测设备的通信模块具体为蓝牙从机模块。两个蓝牙模块配对完成后，其内部通信协议具体内容可以不考虑，理论上直接将它们当串口使用即可。而要使蓝牙模块的配对完成，必须首先对它进行AT设置。HC-05蓝牙通信模块使用USB转TTL进行AT设置。
如图7所示，为本发明实施例提供的辐射模拟探测设备的实现原理图。本发明实施例提供的辐射模拟探测设备采用Arduino UNO R3主控板作为辐射模拟探测设备的控制模块，采用MPU6050惯性传感器作为辐射模拟探测设备的位置跟踪模块进行惯性位置信息处理与数据处理，采用HC-05蓝牙通信模块作为辐射模拟探测设备的通信模块，实现主控微机与辐射模拟探测设备间的相互通信，采用LCD屏幕显示模块作为辐射模拟探测设备的显示模块，实时更新显示辐射模拟探测设备辐射剂量率数值。其中MPU6050惯性传感器采用卡尔曼和DMP运动处理器进行数据输出和融合解算处理，对加速度，角速度，三轴转动角速度，空间三轴向位移等数据进行误差消除和补偿。Arduino UNO R3主控板通过空间惯性坐标与目标载体坐标变换理论，将误差消除和补偿后的角速度转换到模拟探测设备行进过程惯性坐标三轴向上，通过积分与补偿得到三轴向空间位移，从而得到模拟探测设备空间位置信息，最后通过蓝牙从机模块将模拟探测设备空间位置信息发送给主控微机，主控微机结合辐射剂量率计算公式计算出辐射剂量率值，并将辐射剂量率值发送给蓝牙主机模块，由蓝牙主机模块传递给蓝牙从机模块，蓝牙从机模块接收到辐射剂量率值后上传至Arduino UNO R3主控板，由Arduino UNO R3主控板控制LCD屏幕显示并以每秒一次的频率实时更新显示数据。
本发明实施例中辐射模拟探测设备采样周期取T＝0.01s,位置信息更新时间为一秒。因此位置更新公式为：
坐标位置公式为：
x＝Sx+S0x (19)
y＝Sy+S0y (20)
z＝Sz+S0z (21)
本发明实施例提供的辐射模拟探测设备，通过采用上述各种芯片，实现了在不需要实际核材料的前提下，可以较为准确的模拟室内某设置点处模拟辐射源在空间形成的辐射场辐射剂量率值，有效地仿真了与有核材料相同的试验和教学过程。
本发明的另一方面，提供一种应用于如上述实施例所述的贯穿辐射应急探测模拟系统的贯穿辐射应急探测模拟方法，图8所示，为本发明实施例提供的贯穿辐射应急探测模拟方法的流程示意图，包括：
步骤100、设置模拟辐射源的位置，获取辐射模拟探测设备在设定辐射场中移动时的实时空间位置；
步骤200、根据所述模拟辐射源的位置和所述实时空间位置计算出所述辐射模拟探测设备在当前所处位置对应的辐射剂量率值，并将所述辐射剂量率值发送给所述辐射模拟探测设备进行显示。
其中，所述获取辐射模拟探测设备在设定辐射场中移动时的实时空间位置，具体为：
获取所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中移动时的原始三轴加速度值和原始三轴角速度值；
对所述原始三轴加速度值和原始三轴角速度值进行DMP滤波和偏移校准，获得经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值；
基于所述经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值，利用两个不同计算方法计算三轴旋转角度值，并利用卡尔曼滤波融合所述两个不同计算方法得到的角度值，获得最优三轴旋转角度值；
基于所述最优三轴旋转角度值，利用等旋转矢量四子样算法解出四元数矩阵，通过所述四元数矩阵得到旋转矩阵；
利用所述旋转矩阵将所述经过预处理的三轴加速度值分量转换到模拟探测设备惯性坐标系三轴，通过积分误差修正得到三个方向位移，获得所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中的实时空间位置；
其中，所述两个不同计算方法具体为：以加速度和重力加速度之间的关系计算三轴旋转角度，以预设时间长度进行角速度积分计算三轴旋转角度。
对于本发明实施例提供的贯穿辐射应急探测模拟方法的理解，可以参照前述贯穿辐射应急探测模拟系统的描述，在此不再赘述。
本发明实施例提供的贯穿辐射应急探测模拟方法，在不需要实际核材料的前提下，可以较为准确的模拟室内某设置点处模拟辐射源在空间形成的辐射场辐射剂量率值，有效地仿真了与有核材料相同的试验和教学过程。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种贯穿辐射应急探测模拟系统，其特征在于，包括：辐射模拟探测设备和主控微机，其中，
所述辐射模拟探测设备用于获取自身在设定辐射场中移动时的实时空间位置，并将所述实时空间位置发送给所述主控微机；
所述主控微机用于设置模拟辐射源的位置，根据所述模拟辐射源的位置和所述实时空间位置计算出所述辐射模拟探测设备在当前所处位置对应的辐射剂量率值，并将所述辐射剂量率值发送给所述辐射模拟探测设备进行显示；
所述辐射模拟探测设备包括：位置跟踪模块、控制模块、通信模块和显示模块，其中，
所述位置跟踪模块，用于实时输出所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中移动时的经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值至所述控制模块；
所述控制模块，用于根据所述经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值计算所述辐射模拟探测设备在设定辐射场中的实时空间位置，将所述实时空间位置发送至所述通信模块；
所述通信模块，用于将所述实时空间位置发送给所述主控微机，接收所述主控微机发送的所述辐射模拟探测设备在当前所处位置对应的辐射剂量率值，并将所述辐射剂量率值发送给所述控制模块；
所述显示模块，用于基于所述控制模块的指令显示所述辐射剂量率值。
2.根据权利要求1所述的贯穿辐射应急探测模拟系统，其特征在于，所述位置跟踪模块具体用于：
获取所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中移动时的原始三轴加速度值和原始三轴角速度值；
对所述原始三轴加速度值和原始三轴角速度值进行DMP滤波和偏移校准，获得经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值。
3.根据权利要求2所述的贯穿辐射应急探测模拟系统，其特征在于，所述控制模块具体用于：
基于所述经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值，利用两个不同计算方法计算三轴旋转角度值，并利用卡尔曼滤波融合所述两个不同计算方法得到的角度值，获得最优三轴旋转角度值；
基于所述最优三轴旋转角度值，利用等旋转矢量四子样算法解出四元数矩阵，通过所述四元数矩阵得到旋转矩阵；
利用所述旋转矩阵将所述经过预处理的三轴加速度值分量转换到模拟探测设备惯性坐标系三轴，通过积分误差修正得到三个方向位移，获得所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中的实时空间位置；
其中，所述两个不同计算方法具体为：以加速度和重力加速度之间的关系计算三轴旋转角度，以预设时间长度进行角速度积分计算三轴旋转角度。
4.根据权利要求1所述的贯穿辐射应急探测模拟系统，其特征在于，所述主控微机具体用于：
根据所述模拟辐射源的位置和所述实时空间位置计算出所述辐射模拟探测设备与所述模拟辐射源之间的空间距离；
基于所述空间距离，利用中子/γ剂量当量率计算公式，计算获得所述辐射模拟探测设备当前所处位置对应的辐射剂量率值。
5.根据权利要求1所述的贯穿辐射应急探测模拟系统，其特征在于，所述主控微机还包括蓝牙主机模块，相对应地，所述辐射模拟探测设备的通信模块具体为蓝牙从机模块。
6.根据权利要求1所述的贯穿辐射应急探测模拟系统，其特征在于，所述位置跟踪模块具体为MPU6050惯性传感器。
7.根据权利要求1所述的贯穿辐射应急探测模拟系统，其特征在于，所述控制模块具体为Arduino UNO R3主控板。
8.一种应用于如权利要求1至7任一所述的贯穿辐射应急探测模拟系统的贯穿辐射应急探测模拟方法，其特征在于，包括：
获取辐射模拟探测设备在设定辐射场中移动时的实时空间位置；
设置模拟辐射源的位置，根据所述模拟辐射源的位置和所述实时空间位置计算出所述辐射模拟探测设备在当前所处位置对应的辐射剂量率值，并将所述辐射剂量率值发送给所述辐射模拟探测设备进行显示；
所述获取辐射模拟探测设备在设定辐射场中移动时的实时空间位置，具体为：
获取所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中移动时的原始三轴加速度值和原始三轴角速度值；
对所述原始三轴加速度值和原始三轴角速度值进行DMP滤波和偏移校准，获得经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值；
基于所述经过预处理的三轴加速度值与三轴角速度值，利用两个不同计算方法计算三轴旋转角度值，并利用卡尔曼滤波融合所述两个不同计算方法得到的角度值，获得最优三轴旋转角度值；
基于所述最优三轴旋转角度值，利用等旋转矢量四子样算法解出四元数矩阵，通过所述四元数矩阵得到旋转矩阵；
利用所述旋转矩阵将所述经过预处理的三轴加速度值分量转换到模拟探测设备惯性坐标系三轴，通过积分误差修正得到三个方向位移，获得所述辐射模拟探测设备在所述设定辐射场中的实时空间位置；
其中，所述两个不同计算方法具体为：以加速度和重力加速度之间的关系计算三轴旋转角度，以预设时间长度进行角速度积分计算三轴旋转角度。
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Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN112816813B (zh) * | 2020-12-31 | 2023-07-25 | 中国人民解放军总参谋部第六十研究所 | 一种电离辐照验证试验系统 |
| CN112634702A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-04-09 | 江苏核电有限公司 | 一种测量模拟辐射场水平的仪表 |
| CN113706961B (zh) * | 2021-09-03 | 2023-02-24 | 北京铭海博纳科技发展有限公司 | 模拟γ放射源搜寻训练系统及其搜寻方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU137628U1 (ru) * | 2013-08-06 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН) | Имитатор-тренажер дозиметра-радиометра |
| CN104573032A (zh) * | 2015-01-14 | 2015-04-29 | 清华大学 | 用于核应急处置的应急模拟演练一体机 |
| CN106052685A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-10-26 | 武汉元生创新科技有限公司 | 一种两级分离融合的姿态和航向估计方法 |
| CN106767804A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-31 | 华中科技大学 | 一种运动物体的多维数据测量装置及方法 |
| CN108701338A (zh) * | 2017-01-13 | 2018-10-23 | 拉德搜公司 | 基于虚拟事故的辐射应急现场探测训练方法 |
| CN109990779A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-09 | 桂林电子科技大学 | 一种惯性导航系统及方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106611072A (zh) * | 2015-10-26 | 2017-05-03 | 中广核工程有限公司 | 核电站辐射剂量场的模拟方法和系统 |
| CN107843913B (zh) * | 2017-10-25 | 2019-07-02 | 中广核核电运营有限公司 | 辐射场的3d显示方法和装置 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU137628U1 (ru) * | 2013-08-06 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН) | Имитатор-тренажер дозиметра-радиометра |
| CN104573032A (zh) * | 2015-01-14 | 2015-04-29 | 清华大学 | 用于核应急处置的应急模拟演练一体机 |
| CN106052685A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-10-26 | 武汉元生创新科技有限公司 | 一种两级分离融合的姿态和航向估计方法 |
| CN106767804A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-31 | 华中科技大学 | 一种运动物体的多维数据测量装置及方法 |
| CN108701338A (zh) * | 2017-01-13 | 2018-10-23 | 拉德搜公司 | 基于虚拟事故的辐射应急现场探测训练方法 |
| CN109990779A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-09 | 桂林电子科技大学 | 一种惯性导航系统及方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 蒋剑影，等.辐射侦察训练模块的设计.《第十三届全国核电子与核探测技术学术年会》.2007,第626-628页. * |
| 辐射侦察训练模块的设计;蒋剑影，等;《第十三届全国核电子与核探测技术学术年会》;20070822;第626-628页 * |
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