核信息系统的随机核信号频谱分析研究

论文摘要

裂变中子(252Cf)对裂变链(235U系统)的依存关系,它是各种频域和时域测量核信息系统反应性的基础。通过采样率为1GHz、三个探测通道同时测量随机核信号的频域高速测量系统,可以获得系统随机核信号的block数据,以此进行时频分析,能够获得裂变核信息系统的反应性特征,如裂变质量、反应堆的构造等等,从而判别核信息系统（反应堆）是军事应用还是民事应用之目的。本论文针对所构造的核信号高速数据采集系统,在阐述核信号高速测量系统的设计原理的基础上,立足于高速测量系统的随机核信号频谱分析和小波变换的随机核信号频谱分析的研究工作。论文从功率谱密度法出发,借助于Matlab分析工具,利用分块平均法,以系统所测得的block数据为研究对象,分别对系统三个测量通道的随机核信号进行自相关、互相关、自功率谱和互功率谱分析,即,先做相关计算,求出总的相关函数,再对总的相关函数进行FFT变换,求得总功率谱,最后做平均得到所需的功率谱密度函数。由此,获得了核信息系统的频谱图,并对其局部特征进行了观察与分析,获得系统瞬发中子衰减常数和死时间修正后的计数率,这为探讨核信息系统随机信号的核物理含义打下了坚实的基础。论文为验证所构造的核信号高速数据采集系统的性能,引入由多道分析器所测得的数据,开展基于小波变换的随机核信号频谱分析研究工作。针对随机核信号的特点,从小波变换的角度出发,采用多种降噪处理方法对所测得的随机核信号进行降噪处理与分析。通过比较分析与论证,选取SURE法的降噪方法,基此,分别采用离散小波变换和静态离散小波变换对被“滤掉”的噪声进行分析。实验结果表明,原始信号的噪声主要是高斯噪声,且SWT得到的结果更为理想。研究运用小波包重构原始信号第四层系数的原理及方法,获得了随机核信号的特征频率。采用最小二乘法,对降噪处理后的随机核信号频谱曲线进行拟合处理与分析,求得瞬发中子衰减常数,以此提取系统的反应性特性参数。最后,论文将利用Matlab分析工具计算所得的相关及功率谱结果曲线,与所构造的核信号高速测量系统的相关及功率谱结果进行比较,获得了探讨核信息系统的核物理含义一些结果,这为进一步的研究工作创造了条件。

论文目录

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英文摘要

1 绪论

1.1 概述

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 本论文的研究目的及意义

1.4 本论文研究的主要内容

2 核信号高速测量系统的设计原理

2.1 核信号测量系统的物理原理

2.2 核信号测量系统的测量原理

2.3 本章小结

3 基于高速测量系统的随机核信号频谱分析研究

3.1 功率谱密度法的理论依据

3.2 相关性分析的算法

3.2.1 有偏估计

3.2.2 无偏估计

3.2.3 有偏估计和无偏估计的比较

3.3 功率谱密度估计的算法

3.3.1 周期图法

3.3.2 相关法

3.3.3 功率谱密度算法的修正

3.3.4 功率谱密度估计问题

3.4 功率谱密度算法的简化

3.5 高速测量系统信号的时频分析

252Cf快电离室的自相关函数'>3.5.1 源²⁵²Cf快电离室的自相关函数

3.5.2 探测器通道的自相关函数

3.5.3 源通道和探测器通道之间的互相关函数

3.5.4 探测器通道之间的互相关函数

3.5.5 计数脉冲的概率分布和多重性

3.5.6 自功率谱密度

3.5.7 互功率谱密度

3.5.8 相干性

3.5.9 功率谱密度比

3.6 死时间修正后的计数率的确定

3.7 瞬发中子衰减常数的测定

3.8 实际测量结果的MATLAB验证

3.9 本章小结

4 基于小波变换的随机核信号频谱分析研究

4.1 多道分析器的基本原理和功能

4.2 随机核信号的噪声分析

4.3 小波变换的基本原理

4.3.1 小波变换的概念

4.3.2 小波变换与傅立叶变换的比较

4.4 随机核信号降噪处理技术

4.4.1 FFT滤波法

4.4.2 抑制细节系数滤波法

4.4.3 基于原信号的阈值确定法

4.4.4 基于样本估计的阈值确定法

4.5 基于小波变换的噪声分析

4.5.1 噪声在小波分析下的特点及降噪原理

4.5.2 基于离散小波变换的噪声分析

4.5.3 基于静态离散小波变换的噪声分析

4.6 基于SWT的随机核信号分析

4.7 特征频率的提取

4.7.1 Hilbert变换

4.7.2 小波包变换及其随机核信号的特征频率分析

4.8 最小二乘拟合

4.9 高速测量系统的多道分析验证

4.10 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参加科研项目目录

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