核信號仿真與高斯成形研究

覃駿

摘要：核信號仿真對相關儀器的研發具有實際的應用價值，而核信號的濾波成形能夠提高信噪比，便于數據采集。通過MATLAB模擬了核脈沖信號，以Sallen-Key濾波器為基礎，實現了核信號的數字高斯成形，對后續核電子學電路的設計有一定的指導作用。

關鍵詞：核信號;MATLAB;高斯成形

1.引言

核信號的處理是核儀器研發的中重要研究內容。核信號具有多樣性和隨機性，對探測器性能要求較高。利用MATLAB對核信號進行數字仿真，以負指數函數構造理想的核脈沖信號，同時疊加隨機數噪聲。

在信號處理中，高斯波形在提高指數脈沖信號的信噪比，能量分辨率和抑制彈道虧損等方面具有良好的綜合表現。因此，核脈沖信號成形通常以高斯波形信號為目標，以便后續電路進行放大和采集。

2.核脈沖信號仿真

在核脈沖信號處理中，負指數信號通常都是指的下降沿為指數的信號，其數學模型可由式（1）表達。

3.核脈沖信號成形

Sallen-Key濾波器是一種分立的有源濾波方案，運用二階微分方程遞推解建立一種新型的核信號數字高斯成形模型，其表達式如3式所示。

其中，x表示某時刻輸入電壓的大小，y表示對應時刻輸出電壓的大小，可以實現負指數信號的高斯成形，調節成形參數k可以改變輸出信號的寬度

數字高斯成形模型能夠將負指數信號成形為高斯波形的輸出信號，能夠抑制噪聲的干擾，提高信噪比。在圖2中，k值的不同會影響核脈沖信號經過數字高斯成形的波形，k越大成形后的脈沖寬度越寬幅值越小。對于時間常數τ為80時，k取56比較合適。如圖3所示，高斯成形對重疊脈沖信號的分離能力較差，不適合高計數的場合。因此適用于高計數場合的核儀器，其電子學電路設計應該避免采用高斯成形的方案。

4總結

利用MATLAB實現了核脈沖信號的仿真，以Sallen-Key濾波器為基礎，實現了核信號的數字高斯成形，比較了k的不同取值對輸出信號的影響，驗證了Sallen-Key濾波方案的可行性，可以應用在低計數場合，如氡氣的測量。后續將通過FPGA技術實現對核信號的硬件成形，解決探測器的信號處理問題，滿足實際應用的要求。

參考文獻：

[1] 周偉，周建斌，雷家榮，等.基于Sallen-Key濾波器的數字高斯成形方法的仿真[J].系統仿真學報，2013，25（1）：195-196.

[2] 張懷強，吳和喜，寧洪濤.基于Multisim的核信號仿真與高斯成形研究[J].核電子學與探測技術，2015，35（8）：845-848

（作者單位：成都理工大學工程技術學院）