基於窗函數法的數字核脈衝信號高斯成形方法
2023-06-04 10:49:21 1
基於窗函數法的數字核脈衝信號高斯成形方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於窗函數法的數字核脈衝信號高斯成形方法，包括以下步驟：根據模擬高斯成形濾波器的頻率響應的幅度譜，確定FIR數字濾波器的性能指標，即FIR數字濾波器通帶截止頻率、阻帶截止頻率以及阻帶最小衰減；根據阻帶最小衰減來選擇窗函數，常用的窗函數有：矩形窗、三角窗、汗寧窗、海明窗、布萊克曼窗、凱塞窗等；根據選擇的窗函數、過渡帶寬以及理想FIR數字濾波器的截止頻率，在MATLAB中計算出對應的FIR數字濾波器的係數；數字核脈衝信號通過得到的FIR數字濾波器後，被濾波成形為準高斯波形。該方法克服了核脈衝信號模擬高斯成形的不足，成形後的波形具有較好的準高斯特性，並且可以實現線性相位。
【專利說明】基於窗函數法的數字核脈衝信號高斯成形方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及放射性測量中數字核脈衝信號的高斯成形，尤其涉及一種基於窗函數法的數字核脈衝信號高斯成形方法。
【背景技術】
[0002]在核儀器中，通常要採用濾波成形電路，將核探測器輸出的核脈衝信號進行濾波並成形為需要的波形，以滿足後續分析的需求。因為高斯型波形具有彈道虧損較小、脈衝頂部較平坦等優點，所以核脈衝的濾波成形常以成形為高斯波形或準高斯波形為目標。Sallen-Key低通濾波器是一種核儀器中常用的模擬濾波成形電路，可以將核脈衝信號濾波成形為準高斯波形。由於數字濾波器具有更高的靈活性、穩定性等優點，用數字濾波器實現對核脈衝信號的濾波成形愈來愈受到關注。有限衝激響應(FIR)數字濾波器的設計方法有窗函數法、頻率採樣法等，窗函數法由於有公式可循，使用方便，成為工程實際中廣泛應用的方法。基於窗函數法對數字核脈衝信號進行濾波成形，在滿足幅頻響應要求的同時，可以獲得線性相位。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於公開一種基於窗函數法的數字核脈衝信號高斯成形方法，該方法克服了核脈衝信號模擬高斯成形的不足，在濾除噪聲的同時，將數字核脈衝信號成形為準高斯波形，為實現核脈衝信號的數字高斯成形提供了一種實現方法。
[0004]本發明是通過以下技術方案實現的，具體包括以下步驟:
根據模擬高斯成形系統的電路，得到系統電路輸入信號與輸出信號的微分方程，將微分方程在頻域中進行求解，得到模擬高斯成形系統的頻率響應；
根據模擬高斯成形系統的頻率響應的幅度譜，確定FIR數字濾波器的指標，即FIR數字濾波器的通帶截止頻率、阻帶截止頻率以及阻帶最小衰減；
根據阻帶最小衰減來選擇窗函數，常用的窗函數有:矩形窗、三角窗、汗寧窗、海明窗、布萊克曼窗、凱塞窗等；
根據選擇的窗函數、過渡帶寬以及理想數字濾波器的截止頻率，在MATLAB中計算出對應的FIR數字濾波器的係數；
數字核脈衝信號通過得到的FIR數字濾波器後，被濾波成形為準高斯波形。
[0005]與現有技術相比，本發明的一個或多個實施例可以具有如下優點:
有效克服模擬高斯成形系統的不足，在濾除噪聲的同時，實現對數字核脈衝信號的成形，成形後的波形具有較好的準高斯特性，並且可以獲得線性相位。
[0006]本發明的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例共同用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中:
圖1是基於FIR濾波器的數字核脈衝信號高斯成形方法流程圖；
圖2是模擬高斯成形系統的電路原理圖；
圖3是模擬高斯成形系統頻率響應的幅度譜；
圖4是實測核脈衝信號通過矩形窗設計的FIR數字濾波器後的響應y (η)的波形。【具體實施方式】
[0008]容易理解，根據本發明的技術方案，在不變更本發明的實質精神下，本領域的一般技術人員可以提出本發明的多個結構方式和製作方法。因此以下【具體實施方式】以及附圖僅是本發明的技術方案的具體說明，而不應當視為本發明的全部或者視為本發明技術方案的限定或限制。
[0009]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述。
[0010]如圖1所示，為基於窗函數法的數字核脈衝信號高斯成形方法，該方法包括以下步驟:
步驟10根據模擬高斯成形系統的電路，得到系統電路輸入信號與輸出信號的微分方程，將微分方程在頻域中進行分析，推導出模擬高斯成形系統的頻率響應，即模擬Sallen-Key低通濾波器的頻率響應,包括如下步驟Al-Bl:
Al根據模擬Sallen-Key低通濾波器的電路原理圖(如圖2所示)，列出圖中輸入信號f(t)與輸出信號y(t)之間的數學關係為:
【權利要求】
1.基於窗函數法的數字核脈衝信號高斯成形方法，其特徵在於，所述方法包括: (1)根據模擬高斯成形濾波器的電路，得到系統電路輸入信號與輸出信號的微分方程，在頻域中求解出模擬高斯成形濾波器的頻率響應； (2)根據模擬高斯成形濾波器的頻率響應的幅度譜，確定FIR數字濾波器的技術指標，即確定FIR數字濾波器的通帶截止頻率、阻帶截止頻率以及阻帶最小衰減； (3)根據阻帶最小衰減來選擇窗函數，常用的窗函數有:矩形窗、三角窗、汗寧窗、海明窗、布萊克曼窗、凱塞窗等； (4)根據選擇的窗函數、過渡帶寬以及理想FIR數字濾波器的截止頻率，在MATLAB中計算出對應的FIR數字濾波器的係數； (5)數字核脈衝信號通過得到的FIR數字濾波器後，被濾波成形為準高斯波形。
2.根據權利要求1所述的基於窗函數法的數字核脈衝信號高斯成形方法，其特徵在於，所述(3)中根據阻帶最小衰減來選擇窗函數，可以選擇的窗函數有:矩形窗、三角窗、汗寧窗、海明窗、布萊克曼窗、凱塞窗等，選擇不同的窗函數計算出的濾波器的係數不同，因此，推導出的FIR數字濾波器的系統函數不同，但都可實現對數字核脈衝信號的高斯成形。
【文檔編號】G01T1/00GK103777221SQ201410066013
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月26日 優先權日:2014年2月26日
【發明者】葛青, 葛良全, 羅耀耀 申請人:成都理工大學