[發明專利]一種中子脈沖序列的頻譜分析方法

無效

• 申請號: 200810237026.2
• 申請日: 2008-12-31
• 公開（公告）號: CN101533045A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 魏彪;唐躍林;任勇;馮鵬;米德伶;潘英俊
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16;G01T3/00
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責任公司
• 代理人: 周韶紅

技術領域

本發明涉及一種中子脈沖序列頻譜分析方法。

背景技術

中子源驅動噪聲分析測量法，也稱功率譜密度分析法(power?spectral?density?analysis?measurements)，它的基本原理是：首先創立目標參數的計算公式，其次依托實驗測得原函數，并快速計算相關函數和功率譜，最后將這些功率譜代入所創立的目標參數公式，由此便可得到中子輻射環境中相應的目標參數。通過構建實驗測量系統進行高達1GHz的采樣率進行高速數據采集，可以獲得原函數，即中子脈沖序列。

對中子脈沖序列的頻譜進行經典分析的方法包括自相關法和周期圖法。自相關法是建立在維納-幸欽定理的基礎上的，其基本步驟是先對隨機信號的N點數據作自相關估計然后對其作傅立葉變換，便得到功率譜估計。其中，相關函數的計算有兩種方法，一是利用公式直接計算，二是通過FFT來實現快速計算。周期圖法是先求N點數據的離散時間傅立葉變換，得到X(e^jω)，然后取其幅頻特性的平方乘以1/N作為功率譜估計，稱為周期圖。但是無論是自相關法還是周期圖法的計算速度都很慢，不能滿足實時分析的要求。例如：當采樣率為1GHz，計數率為3×10⁶S^-1(即每秒有3×10⁶個脈沖出現)，塊(Block)長度為1024，采集1×10⁹個Block時，要求頻譜分析在1小時內完成，也即單個Block的計算分析必須在3.6μs內完成。而在現有PC機平臺(Pentium?D?3.4G，單線程)下，對于單個Block(長度為1024)而言，采用目前使用較為廣泛且被公認為最快速的快速傅立葉變換(FFT)程序包之一的FFTW的計算時間為13.5μs，而自相關計算時間則需要130μs。顯然，傳統的分析方法完全無法滿足系統在3.6μs內實時地進行分析的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠對中子脈沖序列進行實時分析的方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種中子脈沖序列的頻譜分析方法，包括以下步驟：(1)對中子脈沖數據進行采集，得到中子源以及被中子源激發的被探測體產生的中子探測計數的時間分布，所述時間分布的形式是由“0”或“1”組成的中子脈沖序列，所述中子脈沖序列按脈沖出現的位置進行存儲，沒有脈沖的不存儲；(2)對采集后的數據包按一定的長度(設為n)進行分塊(共m塊)，得到各塊中的中子脈沖原序列；各數據塊之間連續無間隔；(3)對各數據塊的數據進行相關計算，得到各數據塊或塊間的相關序列；(4)對各塊或塊間的相關序列進行進一步計算得到功率譜；其特征是：所述步驟(3)中對各塊數據進行相關計算時使用快速偏移的方法。

若需要得到自相關功率譜，則上述步驟(3)中的相關計算為自相關，所述快速偏移的方法包括以下步驟：a、將上述步驟(2)中所得的中子脈沖原序列x(i)，i＝0，1，...，n-1復制一份，得到偏移序列y(i)，y(i)＝x(i)，i＝0，1，...，n-1；b、計算偏移0時中子脈沖原序列x(i)與偏移序列y(i)的相關值，即r(0)＝p，p為中子脈沖原序列x(i)中脈沖為“1”的個數；c、計算中子脈沖原序列x(i)與偏移序列y(i)中數據“1”間的間距，得到最小間距d(d＞0)；設偏移計數為k，k＝0；d、計算偏移序列y(i)偏移最小間距d時與中子脈沖原序列x(i)的相關值，即偏移計數k＝k+d；e、如果k＜n-1，則計算序列y(i)，i＝k，...，n-1與序列x(i)，i＝0，...，n-1-k中數據“1”間的間距，得到此時的最小間距d，如果d＞0，轉至步驟d；如果k≥n-1或d＝0，則計算完畢，轉至下步；f、未計算的其他相關值為0，預先初始化為0；g、進行計算結果的處理，得到相關序列j＝0，1，......，n-1。

對中子脈沖數據進行采集時，中子源以及被中子源激發的被探測體產生的中子由中子探測器探測，利用置于計算機中的高速數據采集卡對源通道信號和被探測的二個通道共三路信號進行高速數據采集，從而得到所述時間分布。當然，被探測的通道也可以為三個或四個。