任意分布的高速仿核信号发生器.pdf

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1、第34卷第3期核电子学与探测技术Vo1．34No．32014年3月NuclearElectronics&DetectionTechnologyMarch．2014任意分布的高速仿核信号发生器霍建文，张华，张静，刘满禄，何侃，史思总，熊傲(西南科技大学特殊环境机器人技术l~lJll省重点实验室，四川绵阳621010)摘要：针对核信号在时间、幅度上的随机性，探讨模拟核信号的发生装置。采用基于混合同余法、舍选控制法的蒙特卡洛方法在MATLAB中产生任意分布随机波形数据。高速FPGA通过串口接收上位机发出的控制命令和波形数据并存储在双口RAM，利用控制命令快速实现DDS技

2、术和外部DAC，从而实现具有统计特性的核信号。实验结果表明所设计的仿核信号发生器能够有效模拟真实核信号的发生，对数字化核测量系统研究工作有重要意义。关键词：任意分布；蒙特卡洛；DDS技术；核信号发生器中图分类号：11L82文献标志码：A文章编号：0258-0934(2014)03-0290-06在数字化核测量系统研究工作中核信号的大；文献[3—5]采用高速FPGA产生伪随机获取起着重要作用，但放射源的危害性和探测码，实现仿核信号的随机脉冲发生器，但综合优器的寿命等因素，使实际科研、实验中开展核测化、逻辑布局布线之后，脉冲幅度、频率任意分量工作较困难，因此研制模拟放

3、射源产生射线布性弱；文献[6]提出以均匀分布概率密度函规律的仪器十分必要。文献[1]设计出一台幅数通过变换产生高斯、指数分布等概率密度函度、频率可调的仿核信号发生器，并给出脉冲信数，实现多模式仿核脉冲随机性信号，但设计采号发生器、滤波成型电路，但未能体现核信号的用硬件平台时钟频率为12MHz的89C51单片随机特性。机，导致平均计算率低、采样速率慢。国内外对仿核信号的随机特性研究日趋成仿核信号发生器不仅要满足数物上的统计熟，可用随机噪声源加上甄别成形的模拟方法规律，同时要实现任意随机分布的高速输出，为和产生伪随机码的数字方法。文献[2]提到采此，本文采用蒙特卡洛的

4、方法产生随机数，利用用噪声系数大的Zener二极管模拟随机脉冲产MATLABGUI编写上位机程序，同时进行运算生器，此方法需要满足时间、幅度上的随机特性产生波形数据文件，在FPGA平台上合成DDS的噪声源器件难度大，并且随机性强，控制难度产生任意分布的高速仿核信号，即该信号能够实现任意随机分布的高速输出，具有幅度、频率等参数调节灵活、时间短等特点。收稿日期：2013—12一O1基金项目：国防科技工业民用专项科研技术研究项1核信号的统计规律目(20111137)；四川省科技创新苗子工程资助项目(20132066)；绵阳市科技局科技计划项目(13G0031．1核信号的

5、数学描述—3)。核探测器输出具有时间间隔和幅度大小的作者简介：霍建文(1988一)，男，四川资阳人，硕士研随机信号，即转化后的电信号在脉冲幅度统计究生，研究方向为核电子学与探测技术、抗辐射加涨落特性、时间间隔中的脉冲个数的随机固。性，公式如下：290(t)=Ak(e一‘‘一‘。’／tD—e一‘‘。’)o(t一)。输出脉冲幅度的高斯分布描述引：(1)其中：A为输出信号幅度(A>0)；后为系数fPno㈩因子；t。为输出信号发生时刻；7．1、分别为双lP()：专2。仃指数形信号的快、慢时间常数；(￡)为单位阶跃其中：P(n。)表示核事件发生并引起探测函数。器计数为n。的

6、概率；为t时间内脉冲计数的1．2核信号的统计特性数学期望；P(V)为幅度的波形发生概率；V放射性原子核衰变是一种自发的随机过为探测器输出脉冲幅度平均值；为幅度标准程，即各粒子的行为相互独立彼此无关，并且过些程发生的概率与历史时刻无关。因此，放射性‘O根据上文可知，核信号在幅度和时间都是原子核的衰变可以看成一种伯努利实验问随机的，没有确定的函数描述形式，从而实现仿题引。利用二项分布可得t时间内Ⅳ个原子核核信号发生器需要用数理统计学的基本理论解衰变的概率为：决随机数的生成，以及相应电路实现数据的存丽而(eⅣ(1_。取和模拟信号输出。(2)2仿核信号发生器的设计其中：Ⅳ

7、0为t=0时刻原子核的总数；A为仿核信号发生器的设计需要解决随机数产衰变常数。由此可求得t时间内衰变的平均数舰。当Ⅳ很大而P很小时(通常N100、P生、数据存储和波形的有效输出3个问题，其原理框图如图1所示。利用MATLAB程序产生0．O1)，泊松分布能很好地近似二项分布：波形数据、配置参数，并通过RS232将数据传P(凡)=(n∈J7v)。(3)n：到FPGA，波形数据存储在RAM中。相位累加由于放射性核素衰变的随机性，探测器中器通过频率控制字，产生对RAM储存器寻址产生的电离、激发、光电转换及电子倍增等也是的地址。在输出控制电路中，输出波形数据经随机的]。核探

8、测器输出信