[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明属于数字信号处理及核查技术领域，涉及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。

背景技术

核查技术领域中的核材料/核武器识别系统(Nuclear Material/Weapon Identified System，NMIS/NWIS)，即核武器/材料核查系统，其宗旨在于测量核材料/核部件的特征参数，从而推断其使用领域。其重要功能是检测核材料/核部件的浓度(核材料的浓度是区分武器级和民用级的重要标志，并可以从中推断出其拥有国核工业水平)。从获取核材料辐射信号的途径而言，核查技术路线通常分为被动式和主动式两种。限于铀(U，Uranium)材料自发辐射能量较低，针对其的核查技术需采取主动式测量，即通过外加激励源注入能量引起核材料的链式反应，通过探测其裂变产物来取得必须的信息，又称为源驱动式测量方法。

源驱动噪声分析系统核查原理如图1所示。首先，#1通道中的自发裂变源²⁵²Cf为驱动中子源，其出射的自发裂变中子入射至待测核部件并诱发链式反应。链式反应会产生若干中子和γ射线，并被#2和#3通道的探测器所捕获。²⁵²Cf源平均每次裂变放出4个自发裂变中子和6个γ光子。自发裂变中子进入待测核材料中诱发链式反应产生一系列诱发裂变中子，即待测核材料“受激”后，携带其相关信息的中子被探测器探测，得到多通道的脉冲中子信号。

通过源驱动方法获得的脉冲中子信号，经NMIS/NWIS系统协方差运算后，其功率谱密度频率上的幅度值对待测核材料(²³⁵U)的浓度/反应性敏感，随核材料浓度的升高而增大。然而传统上用于NWIS/NMIS信号分析的二阶统计量——自协方差、互协方差、自功率谱密度、互功率谱密度函数等会受到探测器探测效率、探测角度、中子统计涨落、本底噪声、核材料形状等因素的影响，在较理想状态信号当中都常常会发生浓度差别不大(如93.15％与90.15％)的两组信号相互交叠而难以区分的情况，如图2所示。特别是针对这一特性的识别方法，国内外只见报道了一种相关函数积分值与浓度关系曲线法，而且效果并不理想，在电子学系统存在较大噪声时更是如此。此外，就核军控核查的准确性、可靠性而言，仅有浓度/反应性等参数远远不够，待测核部件的几何特征同样重要。而这一点是传统的NMIS/NWIS所欠缺的。

因此，设计一种能够更有效地利用源驱动噪声分析方法所得到的脉冲中子信息，获得较好的去噪性能，达到较高浓度变化敏感度且具备几何特征识别能力的未知核材料多参数获取方法，就成为了本发明所关注的问题。

发明内容

本发明需要解决的是如何去除NWIS/NMIS源-探测器互协方差函数中的高斯噪声、如何提高对未知核材料浓度变化的敏感性、以及如何取得未知核材料几何特征的问题，从而克服现有方法受噪声影响大、识别精度不高且特征参数单一的缺点。考虑到NWIS/NMIS和中子脉冲信号的特点和性质，本发明的目的是提供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，通过对传统NMIS/NWIS取得的协方差信号做相应的高阶统计量分析，去除噪声、提升监测方法对未知核材料微小浓度变化敏感性、识别未知核材料浓度和几何特征。该方法对信息利用充分，抗干扰性能优越，识别灵敏度高且能获取未知核材料的几何特征，使基于脉冲中子信号的源驱动噪声分析和信号处理方法达到了更高的精度且扩展了其应用范围。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案，包括噪声去除、浓度/反应性敏感度提升及几何特征识别(流程图见图3)：

(1)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；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，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为：