核信号仿真与高斯成形研究

覃骏

摘要：核信号仿真对相关仪器的研发具有实际的应用价值，而核信号的滤波成形能够提高信噪比，便于數据采集。通过MATLAB模拟了核脉冲信号，以Sallen-Key滤波器为基础，实现了核信号的数字高斯成形，对后续核电子学电路的设计有一定的指导作用。

关键词：核信号;MATLAB;高斯成形

1.引言

核信号的处理是核仪器研发的中重要研究内容。核信号具有多样性和随机性，对探测器性能要求较高。利用MATLAB对核信号进行数字仿真，以负指数函数构造理想的核脉冲信号，同时叠加随机数噪声。

在信号处理中，高斯波形在提高指数脉冲信号的信噪比，能量分辨率和抑制弹道亏损等方面具有良好的综合表现。因此，核脉冲信号成形通常以高斯波形信号为目标，以便后续电路进行放大和采集。

2.核脉冲信号仿真

在核脉冲信号处理中，负指数信号通常都是指的下降沿为指数的信号，其数学模型可由式（1）表达。

3.核脉冲信号成形

Sallen-Key滤波器是一种分立的有源滤波方案，运用二阶微分方程递推解建立一种新型的核信号数字高斯成形模型，其表达式如3式所示。

其中，x表示某时刻输入电压的大小，y表示对应时刻输出电压的大小，可以实现负指数信号的高斯成形，调节成形参数k可以改变输出信号的宽度

数字高斯成形模型能够将负指数信号成形为高斯波形的输出信号，能够抑制噪声的干扰，提高信噪比。在图2中，k值的不同会影响核脉冲信号经过数字高斯成形的波形，k越大成形后的脉冲宽度越宽幅值越小。对于时间常数τ为80时，k取56比较合适。如图3所示，高斯成形对重叠脉冲信号的分离能力较差，不适合高计数的场合。因此适用于高计数场合的核仪器，其电子学电路设计应该避免采用高斯成形的方案。

4总结

利用MATLAB实现了核脉冲信号的仿真，以Sallen-Key滤波器为基础，实现了核信号的数字高斯成形，比较了k的不同取值对输出信号的影响，验证了Sallen-Key滤波方案的可行性，可以应用在低计数场合，如氡气的测量。后续将通过FPGA技术实现对核信号的硬件成形，解决探测器的信号处理问题，满足实际应用的要求。

参考文献：

[1] 周伟，周建斌，雷家荣，等.基于Sallen-Key滤波器的数字高斯成形方法的仿真[J].系统仿真学报，2013，25（1）：195-196.

[2] 张怀强，吴和喜，宁洪涛.基于Multisim的核信号仿真与高斯成形研究[J].核电子学与探测技术，2015，35（8）：845-848

（作者单位：成都理工大学工程技术学院）