CN117833873A - 一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法，包括将输入信号进行数字化，得到脉冲序列；对脉冲序列进行数字滤波成形；将成形后的波形序列进行差分对称成形；从差分对称成形的波形提取相对幅度值。本发明提供的一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法，针对当前核脉冲信号幅度提取方法需要进行复杂的基线收集、基线估计、基线扣除等问题进行改进，摒弃了现有的基线估计、基线扣除的手段，对滤波成形信号进行差分对称成形，能够自动扣除成形信号的基线，进而实现直接提取成形波形的相对幅度。
Description
技术领域
本发明涉及核仪器信号处理领域，尤其涉及一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法。
背景技术
在核仪器仪表行业，探测器输出的信号一般为指数衰减信号，信号幅度对应射线的能量。在后端多道脉冲幅度分析器的信号分析处理过程中，主要目标是准确提取信号幅度，并进行滤波，提升信噪比。传统的模拟多道通过多级低通滤波将信号成形为准高斯信号，提升了信噪比，然后通过峰值保持、ADC采样确定信号幅度。在当前的数字化多道技术中，通过高速ADC将探测器输出信号直接进行数字化，然后通过数字高斯成形、数字梯形成形等数字滤波成形方法直接成形为准高斯形状、梯形形状，然后进行幅度提取。图3和图4所示分别为典型的数字高斯成形与数字梯形成形效果。输入信号为典型的核脉冲信号，陡峭的上升沿到峰值后按照负指数衰减规律下降。对于输入信号，其有一定噪声，且信号顶部较为尖锐，都不利于信号幅度的提取。高斯成形、梯形成形等数字滤波成形具有低通滤波效果，有效的降低了输入信号噪声的影响，同时其顶部的展宽可以有效的进行幅度提取。
因为输入信号为核探测器等输出的核脉冲信号，其天然具有一定的直流电平，所以输入信号具有相应的直流成分。经过数字滤波成形后，该直流成分在现有数字滤波成形变换中无法被去除，所以相应的数字滤波成形信号具有直流成分，输入信号和变换后的数字滤波成形信号均具有直流基线。
在幅度提取时，由于成形信号具有直流成分，所以必须同时进行基线估计，即实时的对非梯形的基线部分进行实时收集与幅度估计。当对梯形顶端进行绝对幅度提取后，需要实时的基线扣除，用提取的绝对梯形幅度值减去估计的基线值幅度值，才能得到准确的梯形顶端的相对幅度值。如图5所示。
图2所示为目前主流的核脉冲信号幅度提取流程，对数字化后的输入信号脉冲序列，进行相应的数字滤波成形，对成形波形进行绝对幅度提取。并行地，基线收集功能对数字滤波成形后的波形进行基线的实时收集，并进行实时的基线幅度值估计。在基线扣除步骤，通过将成形波形的绝对幅度值减去基线估计值，得到成形波形相对幅度值。现有基线扣除的方法，需要进行额外的基线估计与基线扣除操作，才能得到准确的梯形相对幅度值。基线估计具有较大的不确定性，基线收集的长度，基线估计的方法，噪声频率范围都会对基线估计的结果产生较大影响。基线估计需要人为设置各项估计参数，如基线队列长度，基线估计算法参数等。因此人为因素对基线扣除结果影响较大，基线扣除效果不稳定。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法，针对当前核脉冲信号幅度提取方法需要进行复杂的基线收集、基线估计、基线扣除等问题进行改进，摒弃了现有的基线估计、基线扣除的手段，对滤波成形信号进行差分对称成形，能够自动扣除成形信号的基线，进而实现直接提取成形波形的相对幅度。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法，包括以下步骤：
S1、将输入信号进行数字化，得到脉冲序列；
S2、对脉冲序列进行数字滤波成形；
S3、将成形后的波形序列进行差分对称成形；
S4、从差分对称成形的波形提取相对幅度值。
步骤S3所述的差分对称成形采用一阶差分对称成形或二阶差分对称成形。
设经过数字滤波成形后的波形序列为x[n]，则一阶差分对称成形后的波形序列为y[n]，y[n]＝x[n]-x[n-T]，n≥T，其中T为滤波成形的成形时间，以序列点数表示，n为正整数。
设经过数字滤波成形后的波形序列为x[n]，则二阶差分对称成形后的波形序列为z[n]＝y[n]-y[n+T]，其中y[n]为一阶差分对称成形后的波形序列，y[n]＝x[n]-x[n-T]，n≥T，其中T为滤波成形的成形时间，以序列点数表示，n为正整数。
本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：
(1)本发明提供的一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法省去了基线收集缓存的队列空间以及进行基线估计、基线扣除需要的运算空间，算法占用空间小；
(2)本发明提供的一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法仅需进行一次简单的一阶或二阶差分运算，可以直接提取波形幅度，可以省去大量的运算资源，算法运行速度快；
(3)本发明提供的一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法算法参数与上一步骤滤波成形的成形时间一致，可以实现自动跟随调整，无需人工干预，可以实现自动运行；
(4)本发明提供的一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法由于进行了差分运算，且差分值为成形时间，一般其值均较小，为微秒级，所以成形后的信号具有优异的抗低频干扰能力，抗低频干扰能力强；
(5)本发明提供的一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法摒弃了复杂的基线估计处理步骤。由于基线收集队列的长短，基线估计所选用的平滑均值方法具有多样性，参数繁多，其结果具有不稳定性。本发明则将基线扣除融合于二次成形中，处理更简洁，结果更稳定。
附图说明
图1是本发明提供的一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法的流程示意图。
图2是主流核脉冲信号幅度提取流程示意图。
图3是典型的数字高斯成形效果示意图。
图4是典型的数字梯形成形效果示意图。
图5是基线估计与幅度提取示意图。
图6是梯形成形的一阶差分对称成形示意图。
图7是梯形成形的二阶差分对称成形示意图。
图8是高斯成形一阶差分对称成形示意图。
图9是高斯成形二阶差分对称成形示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法，参照图1，包括以下步骤：
S1、利用模数转换电路将输入信号进行数字化，得到脉冲序列。
模数转换电路采用高速模数转换器将输入模拟信号通过高速采集转换为数字信号，并通过通讯接口传递给FPGA或单片机等数字处理芯片。
S2、利用数字处理芯片中对脉冲序列进行数字滤波成形。
可采用梯形成形和高斯成形。梯形成形：
其中Vi为输入信号，Vo为输出梯形信号，n为正整数，na和nb均为成形参数。成形前后信号对比如图4所示。
高斯成形：
其中，Vi为输入信号，Vo为输出高斯信号，n为正整数，k3和D为成形参数。成形前后信号对比如图3所示。
S3、将成形后的波形序列进行差分对称成形。可采用采用一阶差分对称成形或二阶差分对称成形。
对于一阶差分对称成形，设经过数字滤波成形后的波形序列为x[n]，则一阶差分对称成形后的波形序列为y[n]，y[n]＝x[n]-x[n-T]，n≥T，其中T为滤波成形的成形时间，以序列点数表示，n为正整数。
设经过数字滤波成形后的波形序列为x[n]，则二阶差分对称成形后的波形序列为z[n]＝y[n]-y[n+T]，其中y[n]为一阶差分对称成形后的波形序列，y[n]＝x[n]-x[n-T]，n≥T，其中T为滤波成形的成形时间，以序列点数表示，n为正整数。
因为数字滤波成形的成形时间是已知的，所以该算法可以自动跟随前一步骤数字滤波成形的调整而自动调整，无需进行额外参数调整，有助于实现自动化调整。
图6为梯形成形的一阶差分对称成形，可以看到，原有的梯形成形信号经过一阶差分对称成形后，形成了对称的正负梯形，其基线始终保持在0附近，可以直接提取其幅度值，该幅度值即为相对幅度值。
图7为梯形成形的二阶差分对称成形，可以看到，原有的梯形成形信号经过二阶差分对称成形后，形成了左右对称的正负梯形，其基线始终保持在0附近，可以直接提取其幅度值，该幅度值即为相对幅度值。
图8是高斯成形一阶差分对称成形，可以看到对于数字高斯成形，经过一阶差分对称成形后，基线也降为0附近，可以直接提取波形幅度值。
图9是高斯成形二阶差分对称成形，可以看到对于数字高斯成形，经过二阶差分对称成形后，基线也降为0附近，可以直接提取波形幅度值。
S4、从差分对称成形的波形提取相对幅度值。
除梯形成形和高斯成形外，其他如尖顶成形、平顶尖顶成形等数字滤波成形方法得到的序列均可以应用本方法进行信号幅度提取。
本发明提供的一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法，针对当前核脉冲信号幅度提取方法需要进行复杂的基线收集、基线估计、基线扣除等问题进行改进，摒弃了现有的基线估计、基线扣除的手段，对滤波成形信号进行差分对称成形，能够自动扣除成形信号的基线，进而实现直接提取成形波形的相对幅度。
Claims (4)
1.一种自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、将输入信号进行数字化，得到脉冲序列；
S2、对脉冲序列进行数字滤波成形；
S3、将成形后的波形序列进行差分对称成形；
S4、从差分对称成形的波形提取相对幅度值。
2.根据权利要求1所述的自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法，其特征在于：步骤S3所述的差分对称成形采用一阶差分对称成形或二阶差分对称成形。
3.根据权利要求2所述的自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法，其特征在于：设经过数字滤波成形后的波形序列为x[n]，则一阶差分对称成形后的波形序列为y[n]，y[n]＝x[n]-x[n-T]，n≥T，其中T为滤波成形的成形时间，以序列点数表示，n为正整数。
4.根据权利要求2所述的自动扣除基线的核脉冲信号幅度提取方法，其特征在于：设经过数字滤波成形后的波形序列为x[n]，则二阶差分对称成形后的波形序列为z[n]＝y[n]-y[n+T]，其中y[n]为一阶差分对称成形后的波形序列，y[n]＝x[n]-x[n-T]，n≥T，其中T为滤波成形的成形时间，以序列点数表示，n为正整数。
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