微弱核信號檢測及核素識別方法與實驗研究.pdf

1、在軍備控制檢查、反核材料走私和核應急探測等非接觸式放射性材料的探測應用中，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間序列信號極其微弱，典型的時域波形和頻譜分析方法很難實現(xiàn)微弱核脈沖幅度和發(fā)生時刻信息的提取;同時，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，不能用于準確計算放射性材料的脈沖幅度譜(Pulse Height S

2、pectrum，PHS)，進而使得放射性材料的檢測及識別率極低。因此，研究如何實現(xiàn)復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值和現(xiàn)實意義。本文針對微弱核脈沖信號難以檢測以及復雜檢測情境下γ能譜畸變問題，以提高強噪聲背景下信號檢測能力為切入點，研究核輻射信號的稀疏重構和核素識別方法，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、事件干擾產生噪聲的統(tǒng)計模型: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)生機理的研究以及噪聲對核輻射信號的影響關系的分析，為核脈沖信號的檢測模型的建立提供基礎。
　　(2)針對強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間序列信號檢測方法研究。利用信噪混合類型、噪聲統(tǒng)計模型先驗信息和Gabor變換，構建用于表征隱藏在含噪信號下本真信號的過完備字典，結合稀疏重構優(yōu)化算法抑制典型環(huán)境噪聲，進而設計

4、出適用于微弱核脈沖信號的檢測算法;并且，為提高算法的計算效率提出了基于滑動窗預檢測的并行檢測方法，可實現(xiàn)核脈沖時間序列信號的在線檢測。
　　(3)針對不同測量環(huán)境和測量時間下，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，根據標準核素能譜數據建立標準能譜矩陣，構建并學習從標準能譜矩陣到當前環(huán)境下能譜的遷移矩陣，以此修正由環(huán)境因素導致的能譜差異，進而實現(xiàn)基于標準能譜構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(Support Vector Machine，SVM)的核素識別方法，通過仿真和實驗測試，驗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際探測環(huán)境中的應用效果，設計并實現(xiàn)了基于閃爍體探測器的微弱核信號前置放大、濾波和數據采集軟硬件