微弱核信號檢測及核素識別方法與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在軍備控制檢查、反核材料走私和核應(yīng)急探測等非接觸式放射性材料的探測應(yīng)用中，核輻射信號的靈敏檢測及核素識別是放射性材料探測的關(guān)鍵。由于環(huán)境本底輻射和屏蔽體的影響，探測器檢測到的放射性脈沖時(shí)間序列信號極其微弱，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及識別率極低。因此，研究如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜背景噪聲中微弱核信號的提取與核素識別具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文針對微弱核脈沖信號難以檢測以及復(fù)雜檢測情境下γ能譜畸變問題，以提高強(qiáng)噪聲背景下信號檢測能力為切入點(diǎn)，研究核輻射信號的稀疏重構(gòu)和核素識別方法，使之滿足放射性材料微弱信號提取與核素識別的需求。本文的主要工作包括如下幾個方面:
　　(1)研究核輻射探測過程中，由檢測環(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，通過對噪聲發(fā)生機(jī)理的研究以及噪聲對核輻射信號的影響關(guān)系的分析，為核脈沖信號的檢測模型的建立提供基礎(chǔ)。
　　(2)針對強(qiáng)噪聲背景下微弱核輻射信號難以提取的問題，開展基于稀疏表示的微弱核脈沖時(shí)間序列信號檢測方法研究。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下本真信號的過完備字典，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的檢測算法;并且，為提高算法的計(jì)算效率提出了基于滑動窗預(yù)檢測的并行檢測方法，可實(shí)現(xiàn)核脈沖時(shí)間序列信號的在線檢測。
　　(3)針對不同測量環(huán)境和測量時(shí)間下，由γ能譜差異而造成的核素識別困難問題，研究了能譜變化規(guī)律及核素識別模型的遷移方法，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)建的核素識別模型的核素

5、識別;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)的核素識別方法，通過仿真和實(shí)驗(yàn)測試，驗(yàn)證了所提出方法的可行性和有效性。
　　(4)為測試所提出微弱核信號檢測方法和核素識別算法在實(shí)際探測環(huán)境中的應(yīng)用效果，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于閃爍體探測器的微弱核信號前置放大、濾波和數(shù)據(jù)采集軟硬件