一种基于高阶统计量分析的源驱动式未知核部件多参数获取方法

摘要

本发明公开了一种基于高阶统计量信号处理分析的源驱动式未知核部件多参数获取方法。主要包括利用高阶统计量模型和信号处理方法针对未知核部件多种参数进行获取。高阶统计量模型及信号处理方法包括三个主要方面：①对常规方法难以去除的高斯噪声本征去除；②原理上较传统方法指数级提升对未知核部件裂变元素浓度敏感性且极大简化识别工序；③对该方法所得高阶统计量进行高阶谱分析，提取异于常规手段的特征参量，对未知核部件的几何特征进行识别。本方法因较强的去噪能力、较高的浓度变化敏感性及前所未有的针对几何特征的识别能力，取得了较好的未知核部件多参数获取效果。

主权项

一种基于高阶统计量分析的源驱动式未知核部件多参数获取方法，包括利用高阶统计量特性进行的去噪步骤、敏感性提升及浓度识别步骤和几何参数识别步骤，其中⑴高斯噪声去除：通过双谱分析去除源‑探测器互协方差函数中的高斯噪声①通过对基于源驱动式噪声分析方法的核武器核查系统获取的核材料的脉冲中子信号计算其源‑探测器互协方差函数；采用的脉冲中子源‑探测器互协方差函数某一点的无偏估计的计算公式如下，其中将原始数据分为k块，而i为某一块数据中时间轴上某一时间点：${\mathrm{Cov}}_k\left(\tau \right)=\frac{1}{M}\underset{i}{\Sigma }{x}_k^{*}\left(i\right)y_k(i+\tau )$因而整个互协方差信号的无偏估计为：$Cov\left(\tau \right)=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{\mathrm{Cov}}_k\left(\tau \right)$其中代表某一路信号x_k的复共轭，y_k则是另一路探测器信号；M为数据块长度，以离散点数表示，由于采样间隔为1ns，则点间距为1ns；τ为时延；而K是数据块的总个数；②将Cov(τ)写作Cov(t)，将其看作是有效信号m(t)和高斯噪声信号n(t)的组合，即Cov(t)＝m(t)+n(t)对其进行高阶谱双谱分析可得Cov(t)的双谱S_xy(ω₁+ω₂)，ω₁、ω₂分别为Cov(t)中的两个频率分量；因为Cov(t)由有效信号m(t)和噪声信号n(t)组成，其双谱可以表示为：B_xy(s₁+s₂)＝B_m(s₁+s₂)+B_n(s₁+s₂)其中B_m(s₁+s₂)表示有效信号m(t)的双谱，而B_n(s₁+s₂)则是噪声信号n(t)的双谱，频率分量记作s₁和s₂；③根据双谱的定义，高斯信号的双谱为零，即：B_xy(s₁+s₂)＝B_m(s₁+s₂)⑵浓度/反应性敏感度提升及浓度判断①基于原子核物理实验方法，从源裂变事件出发，通过裂变事件条件概率、裂变链相关条件概率等概率事件，推测出探测器间互功率谱密度函数在低频部分的表达式为：$S_{xy}\left(s\right)={ϵ}_x{ϵ}_y\frac{\overline{v_0}·\overline{v(v-1)}}{\bar{v}}\frac{F_0}{|\rho {|}^3},s<<\alpha$其中F₀是源的平均裂变率，v₀是注入系统的源中子数目，而ε_x和ε_y表示探测器x和y的效率，ρ则是未知核材料的反应性，与其浓度直接相关，因为S_xy(s)中除ρ外的其他参数均为常数，源‑探测器互功率谱密度与未知核材料的反应性的三次方成反比；②基于源驱动式噪声分析方法的核武器核查系统获取的核材料的脉冲中子信号计算其源‑探测器互协方差函数是一个有限能量信号，因此其高阶谱双谱可由如下公式给出：B_x(s₁,s₂)＝S_xy(s₁)S_xy(s₂)S_xy^*(s₁+s₂)其中S_xy^*(s₁+s₂)是源‑探测器互功率谱密度的共轭，因此其在低频部分的渐进关系为：$B_x(s_1,s_2)={ϵ}_x^3{ϵ}_y^3\frac{{(\overline{v_0}·\overline{v\left(v-1\right)})}^3}{{\left(\bar{v}\right)}^3}\frac{F_0^3}{|\rho {|}^9},s_1<<\alpha ,s_2<<\alpha ;$③通过源驱动式噪声分析系统针对标准核材料获取不同浓度下产生的脉冲中子信号，对其进行功率谱和高阶谱双谱分析，产生一系列标定数据，作为获取浓度及反应性的参照标准，并作为标定数据库的一部分；④利用去噪后的互协方差函数计算其功率谱，进而计算得到双谱，将其与标定实验获得的数据比对，进行未知核材料浓度、反应性区分；⑶几何特征识别①通过Geant构建系列核材料不同形状的模型，通过仿真手段获取其基于源驱动式噪声分析系统产生的脉冲中子信号；搭建实验模型，实验获得脉冲中子信号；将同等条件下的仿真信号与实验信号比对，验证Geant仿真的正确性；②针对不同形状核材料脉冲中子信号进行高阶谱双谱分析，得出其在谱型上的明显区别，根据谱型特征进行分类，作为标定数据库的一部分；③提取实测信号的双谱特征，将其与标定数据对比，从而得到未知核材料的几何特征。