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1、(10)申请公布号 CN 103777228 A (43)申请公布日 2014.05.07 CN 103777228 A (21)申请号 201410066240.1 (22)申请日 2014.02.26 G01T 1/36(2006.01) (71)申请人 成都理工大学 地址 610059 四川省成都市成华区二仙桥东 三路 1 号 (72)发明人 葛青 葛良全 罗耀耀 (54) 发明名称 基于 IIR 滤波器的数字核脉冲信号高斯成形 方法 (57) 摘要 本发明公开了一种基于 IIR 滤波器的数字核 脉冲信号高斯成形方法， 包括以下步骤 ： 根据模 拟高斯成形系统的频率响应的幅度谱， 确定 。
2、IIR 数字滤波器的设计指标， 即 IIR 数字滤波器的通 带截止频率、 阻带截止频率、 通带最大衰减、 阻带 最小衰减 ； 确定所需滤波器的类型 （巴特沃斯滤 波器、 切比雪夫 I 型滤波器、 切比雪夫 II 型滤波 器、 椭圆滤波器） ； 根据选择的滤波器的类型以及 设计指标， 在 MATLAB 中计算出对应的 IIR 数字滤 波器的系统函数的系数， 得到 IIR 数字滤波器的 系统函数 ； 用 IIR 数字滤波器对数字核脉冲信号 进行处理， 实现数字核脉冲信号的高斯成形。 该方 法在滤除噪声的同时， 用较低的阶数将数字核脉 冲信号成形为准高斯信号， 成形后的波形具有较 好的准高斯特性。 。
3、(51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103777228 A CN 103777228 A 1/1 页 2 1. 基于 IIR 滤波器的数字核脉冲信号高斯成形方法， 其特征在于， 所述方法包括 ： （1） 根据模拟高斯成形系统的电路， 得到系统电路输入信号与输出信号的微分方程， 在 时域中求解出模拟高斯成形系统的单位冲激响应， 对单位冲激响应进行傅里叶变换， 推导 出模拟高斯成形系统的频率响应 ； （2） 根据模拟高斯成形系统的频率响应。
4、的幅度谱， 确定 IIR 数字滤波器的设计指标， 即 IIR 数字滤波器的通带截止频率、 阻带截止频率、 通带最大衰减、 阻带最小衰减 ； （3） 确定所需滤波器的类型 （巴特沃斯滤波器、 切比雪夫 I 型滤波器、 切比雪夫 II 型滤 波器、 椭圆滤波器） ； （4） 根据选择的滤波器的类型以及设计指标， 在 MATLAB 中计算出对应的 IIR 数字滤波 器的系统函数的系数， 得到 IIR 数字滤波器的系统函数 ； （5） 用 IIR 数字滤波器对数字核脉冲信号进行处理， 实现数字核脉冲信号高斯成形。 2. 根据权利要求 1 所述的基于 IIR 滤波器的数字核脉冲信号高斯成形方法， 其特征。
5、在 于， 所述 （3） 确定所需滤波器的类型， 可以选择巴特沃斯滤波器、 切比雪夫 I 型滤波器、 切比 雪夫 II 型滤波器或椭圆滤波器， 不同类型的滤波器， 其幅频响应具有不同的特点， 巴特沃 斯滤波器的幅频响应在通带内具有最大平坦的特性， 并且在通带和阻带内， 随着频率的增 加而单调地下降 ； 切比雪夫型滤波器的幅频响应在通带内等波纹变化， 阻带内单调下降 ； 切比雪夫型滤波器的幅频响应在通带内单调下降， 阻带内有等波纹变化 ； 椭圆滤波器的 幅频响应在通带和阻带内均为等波纹的， 选择不同类型的滤波器， 推导出的 IIR 数字滤波 器的系统函数不同， 但都可实现对数字核脉冲信号的滤波成形。
6、。 权 利 要 求 书 CN 103777228 A 2 1/4 页 3 基于 IIR 滤波器的数字核脉冲信号高斯成形方法 技术领域 0001 本发明涉及放射性测量中数字核脉冲信号的高斯成形， 尤其涉及一种基于无限冲 激响应 （IIR） 滤波器的数字核脉冲信号高斯成形方法。 背景技术 0002 核能谱测量技术作为一种对物质成分进行分析的重要方法， 由于准确、 灵敏、 无损 等特点， 在众多领域中得到广泛应用。 在传统的核能谱测量仪器中， 为了提高信噪比以及满 足后级电路对信号波形的需要， 常用模拟 Sallen-Key 滤波器将模拟核脉冲信号滤波成形 为准高斯波形。 由于数字滤波成形可避免模拟。
7、滤波器固有的温度漂移、 噪声、 电压漂移等问 题， 数字滤波成形技术的研究引起了科研工作者的密切关注。基于 IIR 滤波器实现对数字 核脉冲信号的滤波成形处理， 在滤除噪声的同时， 可用较低的阶数将数字核脉冲信号滤波 成形为准高斯信号。 发明内容 0003 本发明的目的在于公开一种基于 IIR 滤波器的数字核脉冲信号高斯成形方法， 该 方法克服了核脉冲信号模拟高斯成形的不足， 在滤除噪声的同时， 用较低的阶数将数字核 脉冲信号滤波成形为准高斯信号， 解决了核脉冲的数字高斯成形需求。 0004 本发明是通过以下技术方案实现的， 具体包括以下步骤 ： 根据模拟高斯成形系统的电路， 得到系统电路输入。
8、信号与输出信号的微分方程， 将微 分方程在时域中进行求解， 获得模拟高斯成形系统的单位冲激响应， 对单位冲激响应进行 傅里叶变换， 得到模拟高斯成形系统的频率响应 ； 根据模拟高斯成形系统的频率响应的幅度谱， 确定 IIR 数字滤波器的设计指标， 即 IIR 数字滤波器的通带截止频率、 阻带截止频率、 通带最大衰减、 阻带最小衰减 ； 确定所需滤波器的类型 （巴特沃斯滤波器、 切比雪夫 I 型滤波器、 切比雪夫 II 型滤波 器、 椭圆滤波器） ； 根据选择的滤波器的类型以及设计指标， 在MATLAB中计算出对应的IIR数字滤波器的 系统函数的系数， 得到 IIR 数字滤波器的系统函数 ； 用。
9、 IIR 数字滤波器对数字核脉冲信号进行处理， 实现数字核脉冲信号高斯成形。 0005 与现有技术相比， 本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点 ： 有效克服模拟高斯成形系统的不足， 用较低的阶数实现对数字核脉冲信号的滤波成 形， 成形后的波形具有较好的准高斯特性。 0006 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述， 并且， 部分地从说明书中变 得显而易见， 或者通过实施本发明而了解。 本发明的目的和其他优点可通过在说明书、 权利 要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 附图说明 说 明 书 CN 103777228 A 3 2/4 页 4 0007 附图用来提供对本发明的进一。
10、步理解， 并且构成说明书的一部分， 与本发明的实 施例共同用于解释本发明， 并不构成对本发明的限制。在附图中 ： 图 1 是基于 IIR 滤波器的数字核脉冲信号高斯成形方法流程图 ； 图 2 是模拟高斯成形系统的电路原理图 ； 图 3 是模拟高斯成形系统频率响应的幅度谱 ； 图 4 是实测核脉冲信号滤波成形后的波形图。 具体实施方式 0008 容易理解， 根据本发明的技术方案， 在不变更本发明的实质精神下， 本领域的一般 技术人员可以提出本发明的多个结构方式和制作方法。 因此以下具体实施方式以及附图仅 是本发明的技术方案的具体说明， 而不应当视为本发明的全部或者视为本发明技术方案的 限定或限制。
11、。 0009 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。 0010 如图1所示， 为基于IIR滤波器的数字核脉冲信号高斯成形方法， 该方法包括以下 步骤 ： 步骤 10 根据模拟高斯成形系统的电路， 得到系统电路输入信号与输出信号的微分方 程， 在时域中推导出模拟高斯成形系统的冲激响应， 在对其进行傅里叶变换， 得到模拟高斯 成形系统的频率响应， 即模拟 Sallen-Key 滤波器的频率响应， 包括如下步骤 A1-C1 ： A1 根据模拟 Sallen-Key 滤波器的电路原理图 （如图 2 所示） ， 列出图中输入信号 f(t) 与输出信号 y(t) 之间的数学关系为 : (1) B。
12、1 根据 （1） 式列出特征方程为 ： (2) 解特征方程， 得到特征根为 ： (3) 则模拟高斯成形系统的单位冲激响应为 ： (4) C1 对 （4） 式进行傅里叶变换， 得到模拟高斯成形系统的频率响应 H() 为 ： (5)。 0011 步骤 20 根据模拟高斯成形系统的频率响应的幅度谱， 确定 IIR 数字滤波器的设 计指标， 即 IIR 数字滤波器的通带截止频率、 阻带截止频率、 通带最大衰减、 阻带最小衰减 ； IIR 数字滤波器指标的确定包括如下步骤 A2-C2 ： A2 根据 （5） 式在 MATLAB 中画出模拟高斯成形系统的频率响应的幅度谱， 该幅度谱与 RC 的取值有关， 。
13、RC 越大， 频宽越窄， 在本发明的具体实施例中， 以 RC=0.000003 为例， 此时， 说 明 书 CN 103777228 A 4 3/4 页 5 模拟高斯成形系统的频率响应的幅度谱见图 3 所示。 B2 根据模拟高斯成形系统频率响应的幅度谱， 确定 IIR 模拟滤波器的指标， 即通带截 止频率 p、 阻带截止频率 s、 通带最大衰减 ps、 阻带最小衰减 ss， 以图 3 的模拟高斯成 形系统频率响应的幅度谱为例， 指标如下 ： p=390000 rad/s s=760000 rad/s C2 令采样频率为 fs， 根据 IIR 模拟滤波器的指标， 计算出 IIR 数字滤波器的通带。
14、截止 频率 p、 阻带截止频率 s、 通带最大衰减 p、 阻带最小衰减 s分别为 ： p=p /fs s=s /fs 。 0012 步骤 30 确定所需滤波器的类型， 可以选择的滤波器包括巴特沃斯滤波器、 切比雪 夫 I 型滤波器、 切比雪夫 II 型滤波器、 椭圆滤波器。不同类型的滤波器， 其幅频响应具有 不同的特点。巴特沃斯滤波器的幅频响应在通带内具有最大平坦的特性， 且在通带和阻带 内， 随着频率的增加而单调地下降 ； 切比雪夫 I 型滤波器的幅频响应在通带内等波纹变化， 阻带内单调下降 ； 切比雪夫 II 型滤波器的幅频响应在通带内单调下降， 阻带内有等波纹变 化 ； 椭圆滤波器的幅频。
15、响应在通带和阻带内均为等波纹。 选择不同类型的滤波器， 推导出的 IIR数字滤波器的系统函数不同， 但都可实现对数字核脉冲信号的滤波成形。 在本发明的具 体实施例中， 选择巴特沃斯滤波器。 0013 步骤 40 根据选择的滤波器的类型以及设计指标， 在 MATLAB 中计算出对应的 IIR 数字滤波器的系统函数的系数， 得到 IIR 数字滤波器的系统函数 ； 以选择巴特沃斯滤波器 为例， 根据步骤 20 的 C2 中的设计指标， 在 MATLAB 中计算出对应的 IIR 数字滤波器的系统 函数的系数后， 得到 IIR 数字滤波器的系统函数 H(z) 为 ： (6)。 0014 步骤50用IIR。
16、数字滤波器对数字核脉冲信号进行处理， 实现数字核脉冲信号高斯 成形。根据 （6） 式， 得到 IIR 数字滤波器的输入信号 f(n) 与输出信号 y(n) 的差分方程为 ： (8) 则数字核脉冲信号 f(n) 经过 IIR 数字滤波器的响应 y(n) 根据下式递推得出 ： (9) 。 0015 在本发明的具体实施例中， 放射源为 60Co， 以 NaI(TL) 闪烁晶体 射线探测器实 测的数据为 f(n), 根据 （9） 式在 MATLAB 中计算并画出的 IIR 数字滤波器的响应 y(n) 的波 形见图 4 所示， 从图中可以看出数字核脉冲信号被滤波成形为准高斯信号， 成形后的波形 说 明 。
17、书 CN 103777228 A 5 4/4 页 6 具有较好的准高斯特性。 0016 虽然本发明所揭露的实施方式如上， 但所述的内容只是为了便于理解本发明而采 用的实施方式， 并非用以限定本发明。 任何本发明所属技术领域内的技术人员， 在不脱离本 发明所揭露的精神和范围的前提下， 可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化， 但本发明的专利保护范围， 仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。 说 明 书 CN 103777228 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103777228 A 7 2/2 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103777228 A 8 。