本發(fā)明涉及核輻射檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于信號稀疏表示的微弱放射性信號的檢測裝置。

背景技術(shù)：

近年來隨著科學技術(shù)的發(fā)展，核技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)被廣泛運用于國防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、土壤成分分析、考古學、研究納米材料等方面。核電作為一種新型能源，是放射性同位素應(yīng)用于國民經(jīng)濟的最典型的例子。在核技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用的同時，核安全問題成為多方關(guān)注的焦點。針對當下核材料的不法利用、走私以及核泄漏事故引起的放射性危害等，如何快速、準確地對放射性核材料進行檢測和識別是當下核分析領(lǐng)域迫切需要解決的問題。最早提出的微弱信號檢測方法有時域的相關(guān)方法、取樣積分方法和頻域的頻譜分析方法，然而這些方法有一定的局限性，上述方法可以在較低信噪比環(huán)境中檢測正弦信號，但是存在參數(shù)提取精度低、檢測信噪比不能滿足實際需要的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對上述存在的問題，提供一種基于信號稀疏表示的微弱放射性信號的檢測裝置。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：包括射線探測器、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)處理單元及高壓電源；

所述射線探測器用于采集環(huán)境中的射線并將其轉(zhuǎn)換為核脈沖信號，其與數(shù)據(jù)采集卡具有信號連接；

數(shù)據(jù)采集卡用于對所述核脈沖信號進行預處理，其與數(shù)據(jù)處理單元具有信號連接；

數(shù)據(jù)處理單元用于對核脈沖信號進行稀疏表示；

高壓電源用于向射線探測器供電。

進一步，數(shù)據(jù)采集卡用于對所述核脈沖信號進行放大、濾波及AD轉(zhuǎn)換。

進一步，還包括FPGA芯片及DSP芯片；

所述FPGA芯片的信號輸入端與數(shù)據(jù)采集卡具有信號連接，F(xiàn)PGA芯片用于檢測輸入的核脈沖信號的幅值是否到達設(shè)定閾值，若沒有達到則控制數(shù)據(jù)采集卡調(diào)節(jié)對核脈沖信號的濾波參數(shù)及AD轉(zhuǎn)換的精度進而提高輸入的核脈沖信號的幅值；

所述DSP芯片的信號輸入端與FPGA芯片的信號輸出端具有信號連接，DSP芯片用于對輸入的核脈沖信號進行互相關(guān)及自相關(guān)運算從而得到幅度特征加強的核脈沖信號；

DSP芯片的信號輸出端與數(shù)據(jù)處理單元連接。

進一步，數(shù)據(jù)處理單元用于采用MP算法實現(xiàn)對輸入的核脈沖信號的分解，并根據(jù)輸入信號構(gòu)建Gabor字典，再利用OMP算法使用Gabor字典中的原子對核脈沖信號進行重構(gòu)。

進一步，所述射線探測器為CsI探測器。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1.本裝置的探測器為碘化銫，對γ核脈沖信號有較高的探測效率，所以本發(fā)明能夠在高本地、低水平的復雜環(huán)境下，并在較短的時間條件下快速檢測到核脈沖信號。

2.本發(fā)明采用FPGA芯片對預處理后的電信號的幅值進行檢測，當信號幅值較小時，則控制數(shù)據(jù)采集卡調(diào)整濾波參數(shù)，如濾波截止頻率，降低對通帶信號的衰減，以及調(diào)整AD采樣精度，從而提高進入到FPGA芯片中的信號幅值。

3.本發(fā)明采用DSP芯片對輸入的信號進行自相關(guān)及互相關(guān)運算，去除信號中的噪聲，進而加強信號的幅度特征，為后續(xù)的信號稀疏表示提供高質(zhì)量的核脈沖信號。

4.本發(fā)明采用稀疏表示來表達采集到的核脈沖信號，從而使我們更容易地獲取核脈沖信號中所蘊含的信息。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)原理框圖。

圖2～4為訓練所得到的Gabor字典中的各個原子Gabor。

圖5是由選擇得到的前M個原子經(jīng)過重構(gòu)得到的脈沖波形。

圖6a是重構(gòu)得到的核脈沖波形。

圖6b是原始核脈沖。

圖6c是原始核脈沖和重構(gòu)核脈沖的對比。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

如圖1所示，本發(fā)明裝置包括CsI探測器、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)處理單元及高壓電源。

利用高壓電源對CsI探測器供電，當輻射γ射線入射到CsI探測器上時，射線光子能量轉(zhuǎn)化為可見光子發(fā)射，并通過光電倍增管轉(zhuǎn)換為核脈沖信號。

核脈沖信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡負責對電信號進行放大、濾波及AD轉(zhuǎn)換等預處理，因此在一個具體實施例中，數(shù)據(jù)采集卡包括順序連接的前置放大電路、濾波器以及AD轉(zhuǎn)換器。

數(shù)據(jù)處理單元用于對輸入的核脈沖信號進行稀疏表達。

為了保證稀疏表達的順利進行，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中還包括FPGA芯片及DSP芯片。

所述FPGA芯片的信號輸入端與數(shù)據(jù)采集卡具有信號連接，F(xiàn)PGA芯片用于檢測輸入的電信號的幅值是否到達設(shè)定閾值，若沒有達到則控制數(shù)據(jù)采集卡調(diào)節(jié)對所述電信號的濾波參數(shù)及AD轉(zhuǎn)換的精度進而提高輸入的電信號的幅值。

所述DSP芯片的信號輸入端與FPGA芯片的信號輸出端具有信號連接，DSP芯片用于對輸入的信號進行互相關(guān)及自相關(guān)運算從而得到幅度特征加強的信號；DSP芯片的信號輸出端與數(shù)據(jù)處理單元連接。

數(shù)據(jù)處理單元用于實現(xiàn)對核脈沖信號的稀疏表示。

信號稀疏表示的目的就是在給定的字典中用盡可能少的原子來表示信號，可以獲得信號更為簡潔的表示方式。對信號稀疏表示的目的就是尋找一個自適應(yīng)字典使得信號的表達最稀疏，其兩大主要任務(wù)就是字典的生成和信號的稀疏分解，對于字典的選擇，一般有分析字典和學習字典兩大類。常用的分析字典有小波字典、超完備DCT字典和曲波字典。本發(fā)明使用學習的方式來構(gòu)造適用于核脈沖信號檢測的冗余的Gabor字典，該字典能夠自適應(yīng)的匹配核脈沖信號的尺度、頻率及相位。

本發(fā)明采用MP算法實現(xiàn)對核脈沖信號的分解，再利用OMP算法實現(xiàn)Gabor字典中原子對核脈沖信號的重構(gòu)、表達。

在一個具體實施例中，由一個核脈沖信號訓練得到各個Gabor原子，參見圖2～4，定義為：

其中，j取1、2、3等自然數(shù)，v'_j為第j個原子的信號頻率，u'_j為第j個原子的位移因子，S'_j為第j個原子的尺度因子，ω'_j為第j個原子的原始相位，t為時間。

由選擇得到的前M個原子構(gòu)成特定的核脈沖波形，參見圖5：

前M個原子是這樣選出來的，將前M個原子疊加之后計算其與原始核脈沖信號之間的殘差，當殘差小于設(shè)定閾值時便停止疊加，否則將前M+1個原子疊加后再計算其與原始信號之間的殘差，知道殘差小于設(shè)定閾值。

對M個原子疊加得到的信號進行以下處理，得到核脈沖信號的重構(gòu)信號：

對匹配到的Gabor原子平移伸縮處理，得到新的時間序列定義為：

其中，s_i為第i個原子的尺度因子，u_i為第i個原子的位移因子。

最后將得到新的時間序列t_new代入公式(2)并進行疊加求和，就可重構(gòu)得到檢測到的核脈沖信號，重構(gòu)的核脈沖信號為：

其中，ω_i為重構(gòu)后的第i原子的新相位。

本發(fā)明對檢測核脈沖信號進行重構(gòu)的時候只需要用幾個原子就可以將信號重構(gòu)，提高了脈沖重構(gòu)的效率。圖6a是對核脈沖信號重構(gòu)得到的波形，圖6b是原始的核脈沖信號，圖6c是原始核脈沖信號和重構(gòu)后核脈沖信號的對比?？梢娛褂帽景l(fā)明得到的重構(gòu)信號與原始信號吻合度較高。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。