對數字脈衝信號進行甄別的方法和裝置的製作方法
2023-05-09 20:02:11
專利名稱：對數字脈衝信號進行甄別的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及信號處理技術領域，尤其涉及一種對數字脈衝信號進行甄別的方法和裝置。
背景技術：
PSD (Pulse Shape-discrimination,脈衝波形K別)技術主要針對脈衝波形的差異來實現粒子判選。傳統的PSD技術以APSD (Analog PSD，模擬脈衝波形甄別)為主，大多利用電荷積分以及過零甄別來實現。APSD精度較高，但計數率動態範圍較低，沒有重處理能力，且電路複雜,集成度低。近年來,隨著ADC (Analogue to Digital Converter,模數轉換器)性能的不斷提高，DPSD (digital PSD，數字脈衝波形甄別)技術開始得到廣泛的應用。DPSD通常利用高速ADC對輸入信號進行採樣，再對採樣信號進行甄別處理(如積分、尋峰等)。隨著高速ADC採樣率的不斷提高，DPSD的甄別精度有望能夠達到甚至超過一般的APSD。DPSD的優點主要在於集成度高，只針對數位訊號進行甄別處理，便於處理，且靈活多變，可擴展性強。但是，目前的DPSD技術仍然存在著一些問題，第一、實時性差，死時間較大；第二，由於僅利用波形不同區域內積分的比值作為判斷依據，信號甄別效果不夠理想，而且只能適應一些特定的測量，適用範圍很窄。
發明內容
本發明的實施例提供了一種對數字脈衝信號進行甄別的方法和裝置，以實現對數字脈衝信號進行有效地甄別。一種對數字脈衝信號進行甄別處理的方法，分別設定數字脈衝信號的每個判據參數的閾值，所述方法具體包括:獲取數字脈衝信號的多個判據參數；當所述多個判據參數中的每個判據參數都符合所述設定的閾值，則判斷所述數字脈衝信號為有效的數字脈衝信號。一種對數字脈衝信號進行甄別處理的裝置，所述方法具體包括:閾值設定模塊，用於分別設定數字脈衝信號的每個判據參數的閾值判據參數獲取模塊，獲取待甄別的數字脈衝信號的多個判據參數；判斷處理模塊，用於當所述判據參數獲取模塊所獲取的多個判據參數中的每個判據參數都符合所述閾值設定模塊所設定的閾值時，則判斷所述數字脈衝信號為有效的數字脈衝信號。由上述本發明的實施例提供的技術方案可以看出，本發明實施例由於採用了多判據並行流水線實時處理的方法，不僅實時性能很高，而且只要數字脈衝信號在波形上存在著的區別，都可以作為一個判據參數來進行粒子篩選，因此能夠最大限度的區分出具有不同波形特徵的脈衝。
圖1為本發明實施例一提供的一種多判據並行流水線實時在線的脈衝信號的甄別方法的完整處理流程圖；圖2為本發明實施例一提供的一種在FPGA內部對數字脈衝信號進行甄別處理的方法的原理示意圖；圖3為本發明實施例一提供的一種在FPGA內部對數字脈衝信號進行甄別處理的方法的具體處理流程圖；圖4為本發明實施例二提供的一種對數字脈衝信號進行甄別處理的裝置的具體結構圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖，以對本發明實施對脈衝信號進行甄別的方法和裝置例進行清楚、完整地描述。實施例一該實施例提供了 一種多判據並行流水線實時在線的脈衝信號的甄別方法，該方法的完整處理流程如圖1所示。待甄別的脈衝信號經過信號調理和抗混疊濾波處理後，進入高速ADC完成脈衝信號的數位化處理得到數字脈衝信號，然後使用FPGA(FieldProgrammable Gate Array,現場可編程陣列)對數字脈衝信號進行多判據實時並行K別處理。該實施例提供的一種在FPGA內部對數字脈衝信號進行甄別處理的方法的原理示意圖如圖2所示，該方法的具體處理流程如圖3所示，包括如下的處理步驟:步驟S301、對輸入到FPGA的數字脈衝信號進行串並轉換、噪聲甄別處理，從數字脈衝信號中提取出有效的粒子脈衝信號。從高速ADC輸出的數字脈衝信號進入FPGA後，首先可通過串並轉換處理降低數字脈衝信號的頻率。比如，將250兆12bit的數字脈衝信號轉換為125兆24bit的數字脈衝信號。上述串並轉換處理可以FPGA的處理主頻，減輕時序壓力。利用噪聲甄別處理去掉上述數字脈衝信號中的噪聲信號，從上述數字脈衝信號中提取出有效的粒子脈衝信號。步驟S302、通過數字尋峰得到上述粒子脈衝信號的峰值，通過一個或者多個存儲器來存儲連續的多個粒子脈衝信號。當利用噪聲甄別處理提取出有效粒子脈衝信號後，對該粒子脈衝信號同時進行兩個操作:一是進行數字尋峰得到該粒子脈衝信號的峰值，數字尋峰可採用最大值法或者導數法，最大值法尋峰的過程為:當一個粒子脈衝信號來臨後，設定一個峰值寄存器並初始化為0，若當前脈衝數據流的數值大於所述峰值寄存器值，則把當前數據存入峰值寄存器中，然後使用新的峰值寄存器值與後續的脈衝數據流數值進行比較，這樣當一個有效數據脈衝結束後，峰值寄存器中的數值即為該粒子脈衝信號的峰值。導數法尋峰的過程為:當一個有效粒子脈衝信號來臨後，將該粒子脈衝信號的數據流通過一個深度為3的移位寄存器，在移位寄存器中的3個數據(依次記為Dl，D2，D3)均被賦值為有效數字脈衝數據後，判斷條件「Dl < D2且D3 < D2」是否成立，若成立，則鎖存D2的值為當前脈衝的峰值；否則，等待下一次判斷。另一個是將粒子脈衝信號存入RAM (Random Access Memory,隨機存取存儲器)等存儲器中，以等待後續的處理。本發明實施例在FPGA中設置一個或者多個RAM等存儲器，用來切換或環形存儲連續的多個粒子脈衝信號。當通過多個存儲器來切換存儲多個數字脈衝信號，每個存儲器存儲一個數字脈衝信號，將連續的多個數字脈衝信號分別存儲在多個存儲器中。當通過一個環形存儲器來存儲多個數字脈衝信號，將連續的多個數字脈衝信號按照一定的順序存儲在所述存儲器中。比如，如圖2所示採用兩個RAM時，則第一個RAM存儲第一個粒子脈衝信號，第二個RAM存儲後續的第二個粒子脈衝信號。步驟S303、獲取上述粒子脈衝信號的多個判據參數，根據每個判據參數對應的閾值或者兩個或者多個判據參數的組合對應的組合閾值，對上述粒子脈衝信號進行甄別處理。當通過多個存儲器來切換存儲多個數字脈衝信號，處理模塊採用並行流水線工作方式實時依次從所述多個存儲器中提取出數字脈衝信號進行甄別處理；或者；當通過一個環形存儲器來存儲多個數字脈衝信號，從所述環形存儲器中依次提取出所述多個數字脈衝信號中的每個數字脈衝信號進行甄別處理。比如，如圖2所示採用兩個RAM時，處理模塊從第一個RAM中讀出第一個粒子脈衝信號，結合已經得到的該第一個粒子脈衝信號的峰值，對第一個粒子脈衝信號的各個判據參數進行獲取，獲取的判據參數主要包括:脈寬、上升時間、下降時間、波形總積分、波形頭部積分(上升階段的積分)、波形尾部積分(下降階段的積分)、波形感興趣區域的積分以及待擴展的其他參數等等。在實際應用中，可以根據實際應用場景選取上述判據參數中的一個或者多個來進行判斷處理。在本發明實施例中，需要對上述每個判據參數都分別設置一個閾值，該閾值可以是一個數值或者一個數值範圍。在獲得了上述第一個粒子脈衝信號的各個判據參數後，比較符合模塊將根據設置好的判據閾值對該第一個粒子脈衝信號進行並行甄別，若所有的判據參數均符合相應的閾值的要求，則判斷該第一個粒子脈衝信號為有效的數字脈衝信號，將該第一個粒子脈衝信號輸出；否則，拋棄該第一個粒子脈衝信號。本發明實施例通過存儲器來存儲連續的多個粒子脈衝信號的目的在於上一個粒子脈衝信號在進行處理的同時下一個粒子脈衝信號還可以存儲，從而使得處理模塊對粒子脈衝信號進行甄別處理的死時間大大減小，甚至為O。需要特別說明的是，由於某些場合中，兩個粒子脈衝信號可能在單獨的判據參數上基本相同，但卻在兩個判據參數或者多個判據參數的組合上存在較大差別，例如常用的波形頭部積分與波形總積分的比值、波形尾部積分和波形總積分的比值等等。因此，在實際應用中，還可以設置上述兩個或者多個判據參數的組合對應的組合閾值。在比較符合模塊中，除了對單獨的各個判據參數進行比較外，還可以根據上述組合閾值對粒子脈衝信號的兩個或者多個判據參數的組合進行判斷處理，當所述粒子脈衝信號的所述兩個或者多個判據參數符合所述組合閾值時，則判斷所述粒子脈衝信號為有效的數字脈衝信號。
實施例二該實施例提供了一種對數字脈衝信號進行甄別處理的裝置，其具體結構如圖4所示，包括如下的模塊:閾值設定模塊41，用於分別設定數字脈衝信號的每個判據參數的閾值。判據參數獲取模塊42，用於採用並行流水線工作方式實時獲取待甄別的數字脈衝信號的多個判據參數，所述的數字脈衝信號的多個判據參數包括:脈寬、上升時間、下降時間、波形總積分、波形頭部積分、波形尾部積分、波形感興趣區域的積分中的一個或者多個。判斷處理模塊43，用於當所述判據參數獲取模塊所獲取的多個判據參數中的每個判據參數都符合所述閾值設定模塊所設定的閾值時，則判斷所述數字脈衝信號為有效的數字脈衝信號。進一步地，所述裝置還可以包括:信號存儲模塊44，用於通過多個存儲器來切換存儲多個數字脈衝信號，每個存儲器存儲一個數字脈衝信號，或者；通過一個環形存儲器來存儲多個數字脈衝信號。具體的，所述的判據參數獲取模塊42，還用於當所述信號存儲模塊通過多個存儲器來切換存儲多個數字脈衝信號，依次從所述多個存儲器中提取出數字脈衝信號進行甄別處理，或者；當所述信號存儲模塊通過一個環形存儲器來存儲多個數字脈衝信號時，從所述環形存儲器中依次提取出所述多個數字脈衝信號中的每個數字脈衝信號進行甄別處理。具體的，所述的判據參數獲取模塊42，還用於將數字脈衝信號輸入到FPGA中，通過串並轉換處理降低所述數字脈衝信號的頻率，利用噪聲甄別處理去掉所述數位化脈衝信號中的噪聲信號，從所述數位化脈衝信號中提取出有效的粒子脈衝信號；通過數字尋峰處理獲取所述粒子脈衝信號的峰值，並將所述粒子脈衝信號存儲到存儲器中。具體的，所述的閾值設定模塊41，還用於設置所述兩個或者多個判據參數的組合對應的組合閾值；所述的判斷處理模塊43，還用於當所述數字脈衝信號的所述兩個或者多個判據參數符合所述組合閾值時，則判斷所述數字脈衝信號為有效的數字脈衝信號。應用本發明實施例的裝置對數字脈衝信號進行甄別處理的具體處理過程與前述方法實施例類似，此處不再贅述。上述本發明實施例已成功應用於ITER (國際熱核聚變實驗堆計劃，InternationalThermonuclear Experimental)國際合作項目中的 NFM(Neutron Flux Monitor,中子通量監測)系統，實現多判據並行流水線實時在線甄別，進行Y、α以及本底射線的剔除，提取出中子信號。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過電腦程式來指令相關的硬體來完成，所述的程序可存儲於一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質可為磁碟、光碟、只讀存儲記憶體(Read-Only Memory, ROM)或隨機存儲記憶體(Random AccessMemory, RAM)等。綜上所述，本發明實施例由於採用了多判據並行處理的方法，只要數字脈衝信號在波形上存在著的區別，都可以作為一個判據參數來進行粒子篩選，因此該方法能夠最大限度的區分出具有不同波形特徵的脈衝。本發明實施例通過使用RAM等存儲器來存儲連續的多個數字脈衝信號，實現了完全的流水線工作方式，整個數字脈衝信號甄別系統的死時間極小，實時性能高。本發明實施例中的判據參數及其閾值都可由用戶自由設定，靈活性大，不同的判據參數組合就可應用在不同的工作場合，適用範圍很廣。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1.一種對數字脈衝信號進行甄別處理的方法，其特徵在於，分別設定數字脈衝信號的每個判據參數的閾值，所述方法具體包括: 獲取數字脈衝信號的多個判據參數； 當所述多個判據參數中的每個判據參數都符合所述設定的閾值，則判斷所述數字脈衝信號為有效的數字脈衝信號。
2.根據權利要求1所述的對數字脈衝信號進行甄別處理的方法，其特徵在於，所述的數字脈衝信號的多個判據參數包括:脈寬、上升時間、下降時間、波形總積分、波形頭部積分、波形尾部積分、波形感興趣區域的積分中的一個或者多個。
3.根據權利要求1所述的對數字脈衝信號進行甄別處理的方法，其特徵在於，所述方法還包括: 通過多個存儲器來切換存儲多個數字脈衝信號，每個存儲器存儲一個數字脈衝信號，依次從所述多個存儲器中提取出數字脈衝信號進行甄別處理； 或者； 通過一個環形存儲器來存儲多個數字脈衝信號，從所述環形存儲器中依次提取出所述多個數字脈衝信號中的每個數字脈衝信號進行甄別處理。
4.根據權利要求1所述的對數字脈衝信號進行甄別處理的方法，其特徵在於，所述的獲取數字脈衝信號的多個判據參數包括: 將數字脈衝信號輸入到現場可編程陣列中，通過串並轉換處理降低所述數字脈衝信號的頻率，利用噪聲甄別處理去掉所述數位化脈衝信號中的噪聲信號，從所述數位化脈衝信號中提取出有效的粒子脈衝信號； 通過數字尋峰處理獲取所述粒子脈衝信號的峰值，並將所述粒子脈衝信號存儲到存儲器中。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的對數字脈衝信號進行甄別處理的方法，其特徵在於，所述的當所述多個判據參數中的每個判據參數都符合所述設定的閾值，則判斷所述數字脈衝信號為有效的數字脈衝信號，還包括: 設置所述兩個或者多個判據參數的組合對應的組合閾值，當所述數字脈衝信號的所述兩個或者多個判據參數符合所述組合閾值時，則判斷所述數字脈衝信號為有效的數字脈衝信號。
6.一種對數字脈衝信號進行甄別處理的裝置，其特徵在於，所述方法具體包括: 閾值設定模塊，用於分別設定數字脈衝信號的每個判據參數的閾值 判據參數獲取模塊，獲取待甄別的數字脈衝信號的多個判據參數； 判斷處理模塊，用於當所述判據參數獲取模塊所獲取的多個判據參數中的每個判據參數都符合所述閾值設定模塊所設定的閾值時，則判斷所述數字脈衝信號為有效的數字脈衝信號。
7.根據權利要求6所述的對數字脈衝信號進行甄別處理的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括: 信號存儲模塊，用於通過多個存儲器來切換存儲多個數字脈衝信號，每個存儲器存儲一個數字脈衝信號，或者；通過一個環形存儲器來存儲多個數字脈衝信號。
8.根據權利要求7所述的對數字脈衝信號進行甄別處理的裝置，其特徵在於:所述的判據參數獲取模塊，還用於當所述信號存儲模塊通過多個存儲器來切換存儲多個數字脈衝信號，依次從所述多個存儲器中提取出數字脈衝信號進行甄別處理，或者；當所述信號存儲模塊通過一個環形存儲器來存儲多個數字脈衝信號時，從所述一個環形存儲器中依次提取出所述多個數字脈衝信號中的每個數字脈衝信號進行甄別處理。
9.根據權利要求8所述的對數字脈衝信號進行甄別處理的裝置，其特徵在於: 所述的判據參數獲取模塊，還用於將數字脈衝信號輸入到現場可編程陣列中，通過串並轉換處理降低所述數字脈衝信號的頻率，利用噪聲甄別處理去掉所述數位化脈衝信號中的噪聲信號，從所述數位化脈衝信號中提取出有效的粒子脈衝信號； 通過數字尋峰處理獲取所述粒子脈衝信號的峰值，並將所述粒子脈衝信號存儲到存儲器中。
10.根據權利要求6或7或8或9所述的對數字脈衝信號進行甄別處理的裝置，其特徵在於: 所述的閾值設定模塊，還用於設置所述兩個或者多個判據參數的組合對應的組合閾值； 所述的判斷處理模塊，還用於當所述數字脈衝信號的所述兩個或者多個判據參數符合所述組合閾值時，則判斷 所述數字脈衝信號為有效的數字脈衝信號。
全文摘要
本發明涉及一種對數字脈衝信號進行甄別處理的方法和裝置。該方法主要包括分別設定數字脈衝信號的每個判據參數的閾值，所述方法具體包括採用並行流水線工作方式實時獲取數字脈衝信號的多個判據參數；當所述多個判據參數中的每個判據參數都符合所述設定的閾值，則判斷所述數字脈衝信號為有效的數字脈衝信號。本發明實施例由於採用了多判據並行流水線實時處理的方法，不僅實時性能很高，而且只要數字脈衝信號在波形上存在著的區別，都可以作為一個判據參數來進行粒子篩選，因此能夠最大限度的區分出具有不同波形特徵的脈衝。
文檔編號H03K5/125GK103166606SQ20111042827
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者陰澤傑, 李世平, 楊青巍, 徐修峰, 曹宏睿, 袁國梁 申請人:中國科學技術大學