自适应算法在数字核脉冲滤波成形的应用

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:wangluojishu0802
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核能谱是核物理研究、射线探测和核技术应用领域中获取的重要信息,核能谱测量技术的改进一直是重要的热点问题。20世纪90年代以来,随着ADC和数字信号处理技术的迅猛发展,数字化已成为核仪器发展的主要方向,数字化脉冲技术是数字核谱仪的关键技术,已经成为近年来核信号处理最为活跃的研究领域。目前国内外相关科研机构对数字化脉冲技术进行了大量的研究,滤波成形方法成为数字核谱仪中常用的滤波方法,该技术不仅代替了复杂的模拟滤波成形技术,提高系统稳定性,而且还改善系统灵活性和自适应性。核脉冲成形的输出波形,受到前端硬件电路噪声和ADC采样率的影响,噪声频谱具有实时变换的特点,滤波成形方法不能达到实时滤波的效果。ADC的功耗影响着数字核仪器系统功耗,通过降低ADC的功耗,从而达到减少系统功耗的目的。为了解决以上问题,本文将自适应滤波算法应用于核脉冲成形技术当中,该算法能够实时更新滤波系数,已达到实时滤波的目的。通过对自适应算法原理、滤波结构分类、以及对自适应算法性能对比分析,本文采用自适应LMS算法对核脉冲信号滤波成形。常用的滤波成形方案主要分为三类:梯形成形、准高斯成形、三角成形。国内许多科研单位及相关高校对三种成形方式进行了大量的理论研究和对比分析,而本文选用梯形成形作为滤波成形的输出波形图。本文的研究依托于科技部重大仪器设备开发专项:大批量人群核辐射剂量体内污染快速检测仪(项目编号:2012YQ180118),针对数字核脉冲成形技术进行了深入的研究。主要研究内容如下:(1)针对梯形滤波成形,采用新型的数字信号处理工具——System enerator,进行算法的系统建模与仿真。首先介绍了System Generator工具的特点、建模优势,与传统的FPGA实现滤波算法流程相比,采用这种新方法,能够极大地缩短FPGA的设计周期,降低了开发人员的难度,节约开发成本。System Generator成果搭建梯形滤波算法的系统模型,并在Simulink中对系统模型进行了功能仿真验证。将系统模型文件自动转换位HDL代码,在Xilinx公司的ISE软件中进行了硬件代码的编译、仿真、综合,时序验证,成功验证了硬件代码的正确性。(2)本文在对数字滤波算法的初步研究基础上,将自适应算法应用于数字核脉冲滤波成形当中。了解自适应滤波算法的原理及应用领域,选定采用自适应LMS算法。首先介绍了自适应LMS算法的原理以及实现该算法的关键步骤;其次,自适应LMS算法在“学习”过程中不断调节滤波系数,更新后的滤波系数,得到新的输出波形图。达到自适应滤波后的输出波形逼近于期望波形形状(如,梯形波形、三角波形、高斯波形)的目的;最后,在MATLAB中对自适应核脉冲滤波算法进行仿真验证。经过自适应LMS算法滤波后,成形为平顶光滑、对称的梯形波形,验证了自适应核脉冲滤波成形算法。
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