面向核军控核查的252cf源驱动核材料裂变中子脉冲序列信号压缩感知技术研究

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1、面向核军控核查的252Cf源驱动核材料裂变中子脉冲序列信号压缩感知技术研究重庆大学博士学位论文学生姓名：李鹏程指导教师：魏彪教授专业：光学工程学科门类：工学重庆大学光电工程学院二O一五年十月252StudyoftheCf-Source-DrivenNeutronPulseofNuclearArmsControlVerificationBasedonCompressiveSensingAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmento

2、ftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByLiPengChengSupervisedbyProf.WeiBiaoSpecialty:OpticalEngineeringCollegeofOptoelectronicsEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaOct.2015中文摘要摘要当今世界国际政治热点话题之一的“伊核问题（伊朗核问题）”、“朝核问题（朝鲜核试验）”，无不牵动着核扩散潜

3、在危险这一敏感神经，这使得核武器的存在与核技术的发展所产生的一系列不确定因素严重地威胁着人类的安全与世界和平，无疑，屡屡引发了当今国际安全关系中反复涉及的一项重大政治课题—核军控核查。由此可见，能否掌握有效的核查技术手段，争得在核军控核查中平等的权力，此不仅关系到一个国家的安全利益，而且还攸关一个国家的主权。在诸多核军控核查方法或手段中，基于252Cf（锎）中子源驱动核部件或核材料的随机中子脉冲噪声分析法，因其是主动式测量方法，即，摒弃了被动式测量方法需要通过感应核材料或核部件的固有辐射来获取特征

4、信息之弊端，倍受世人青睐。然而，长期以来，252Cf中子源驱动核部件或核材料的随机中子脉冲噪声分析法，则是基于传统的Nyquist采样定理进行设计的核军控核查系统，不仅硬件成本较高，而且实时性欠佳，已成为制约该技术发展与现场应用的主要瓶颈。诚然，关于现场核军控核查技术的研究工作，虽大多数是将信号分析与处理识别算法移植至嵌入式设备中，但并未从根本上降低核军控核查的成本，改善核军控核查的实时性。因此，研究核军控核查技术，如果从数据采集以及信号处理识别方法本身的新原理和新技术入手，则有可能从根本上突破上

5、述技术瓶颈。有鉴于此，本论文依托国家自然科学基金项目（项目编号：61175005）和中央高校基本科研业务费资助项目（项目编号：CDJXS10120013）及国防军工项目（项目编号：GFZX02040307）等课题，研究力求追踪国外该领域的前沿，从252Cf源驱动核材料裂变的核军控核查理论、仪器及方法技术出发，突破传统的Nyquist采样定理，运用压缩感知技术和分形理论，率先在国内开展面向核军控核查的252Cf源驱动核材料裂变中子脉冲序列信号压缩感知技术研究，尤其致力于开展降低高速数据采集成本的研究

6、，此将涉及裂变中子脉冲序列信号压缩感知重构方法、压缩降噪以及压缩信号处理等关键技术研究工作，同时，围绕核材料临界深度和浓度识别等核军控核查技术的研究，提高核军控核查技术或系统的实时性与准确性。论文的主要研究内容，包括：（1）研究了一种基于252Cf源驱动核材料裂变中子脉冲序列时间统计特征模拟方法。针对金属锎（252Cf）源驱动核材料，产生裂变中子开展核军控核查技术研究，这是一项成本极高，核辐射危害大的研究工作。为此，研究立足于核信号的统计特征，模拟产生了252Cf源驱动核材料裂变中子脉冲序列。即，

7、在分析核信号的统计特征的基础上，采用循环移位法产生符合统计检验的高质量均匀分布随I重庆大学博士学位论文机数，运用Bernoulli试验模型，研究并分析了不同概率值p情况下，中子脉冲序列的统计特征模拟结果。借助于模拟的裂变中子脉冲序列，此可为后续章节开展基于压缩感知理论的核军控核查技术研究奠定了基础。（2）研究并构建了一种适合于裂变中子脉冲序列“0,1”特殊稀疏结构的压缩采样重构方法。针对裂变中子脉冲序列特殊“0,1”稀疏结构之特点，巧妙引入图论中的二分图模型，辅之于4个约束条件，构建了压缩采样观测

8、矩阵。在此基础上，将压缩采样观测值，即校验节点分为四类，分阶段进行重构。随后，分析了观测矩阵的行权重和观测值数量对重构结果的影响，讨论了重构方法的算法复杂度及重构误差。裂变中子信号的压缩采样重构方法，不仅充分运用了其特殊的“0,1”稀疏结构，而且还获得了优于l2521范数最小化方法重构结果，这对Cf源驱动核材料的中子脉冲信号采集提供了一种新的方法。（3）研究了252Cf源驱动核材料裂变中子信号压缩感知降噪技术。从裂变中子信号噪声特性分析出发，在SPGL1-BPDN降噪方法的基础上，