微弱核信號(hào)檢測(cè)及核素識(shí)別方法與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在軍備控制檢查、反核材料走私和核應(yīng)急探測(cè)等非接觸式放射性材料的探測(cè)應(yīng)用中，核輻射信號(hào)的靈敏檢測(cè)及核素識(shí)別是放射性材料探測(cè)的關(guān)鍵。由于環(huán)境本底輻射和屏蔽體的影響，探測(cè)器檢測(cè)到的放射性脈沖時(shí)間序列信號(hào)極其微弱，典型的時(shí)域波形和頻譜分析方法很難實(shí)現(xiàn)微弱核脈沖幅度和發(fā)生時(shí)刻信息的提取;同時(shí)，受到探測(cè)器能量分辨率的影響以及環(huán)境本底噪聲和康普頓散射事件干擾，采集得到的信號(hào)信噪比低，不能用于準(zhǔn)確計(jì)算放射性材料的脈沖幅度譜(Pulse Height S

2、pectrum，PHS)，進(jìn)而使得放射性材料的檢測(cè)及識(shí)別率極低。因此，研究如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜背景噪聲中微弱核信號(hào)的提取與核素識(shí)別具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文針對(duì)微弱核脈沖信號(hào)難以檢測(cè)以及復(fù)雜檢測(cè)情境下γ能譜畸變問題，以提高強(qiáng)噪聲背景下信號(hào)檢測(cè)能力為切入點(diǎn)，研究核輻射信號(hào)的稀疏重構(gòu)和核素識(shí)別方法，使之滿足放射性材料微弱信號(hào)提取與核素識(shí)別的需求。本文的主要工作包括如下幾個(gè)方面:
　　(1)研究核輻射探測(cè)過程中，由檢測(cè)環(huán)境以及康普頓散射

3、事件干擾產(chǎn)生噪聲的統(tǒng)計(jì)模型:沖擊噪聲、散粒噪聲、瑞利噪聲或高斯噪聲等，通過對(duì)噪聲發(fā)生機(jī)理的研究以及噪聲對(duì)核輻射信號(hào)的影響關(guān)系的分析，為核脈沖信號(hào)的檢測(cè)模型的建立提供基礎(chǔ)。
　　(2)針對(duì)強(qiáng)噪聲背景下微弱核輻射信號(hào)難以提取的問題，開展基于稀疏表示的微弱核脈沖時(shí)間序列信號(hào)檢測(cè)方法研究。利用信噪混合類型、噪聲統(tǒng)計(jì)模型先驗(yàn)信息和Gabor變換，構(gòu)建用于表征隱藏在含噪信號(hào)下本真信號(hào)的過完備字典，結(jié)合稀疏重構(gòu)優(yōu)化算法抑制典型環(huán)境噪聲，進(jìn)而設(shè)計(jì)

4、出適用于微弱核脈沖信號(hào)的檢測(cè)算法;并且，為提高算法的計(jì)算效率提出了基于滑動(dòng)窗預(yù)檢測(cè)的并行檢測(cè)方法，可實(shí)現(xiàn)核脈沖時(shí)間序列信號(hào)的在線檢測(cè)。
　　(3)針對(duì)不同測(cè)量環(huán)境和測(cè)量時(shí)間下，由γ能譜差異而造成的核素識(shí)別困難問題，研究了能譜變化規(guī)律及核素識(shí)別模型的遷移方法，一方面，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)核素能譜數(shù)據(jù)建立標(biāo)準(zhǔn)能譜矩陣，構(gòu)建并學(xué)習(xí)從標(biāo)準(zhǔn)能譜矩陣到當(dāng)前環(huán)境下能譜的遷移矩陣，以此修正由環(huán)境因素導(dǎo)致的能譜差異，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于標(biāo)準(zhǔn)能譜構(gòu)建的核素識(shí)別模型的核素

5、識(shí)別;另一方面，研究了基于稀疏表示和奇異值分解(Singular Value Decomposition，SVD)的γ能譜特征提取方法，以及基于支持向量機(jī)(Support Vector Machine，SVM)的核素識(shí)別方法，通過仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了所提出方法的可行性和有效性。
　　(4)為測(cè)試所提出微弱核信號(hào)檢測(cè)方法和核素識(shí)別算法在實(shí)際探測(cè)環(huán)境中的應(yīng)用效果，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于閃爍體探測(cè)器的微弱核信號(hào)前置放大、濾波和數(shù)據(jù)采集軟硬件