[发明专利]一种基于改进小波分形算法的反应堆中子噪声频谱分析方法

权利要求书

1.一种基于改进小波分形算法的反应堆中子噪声频谱分析方法，其特征在于首先启动反应堆中子噪声频谱分析仪，反应堆中子噪声时域信号经电离室探测器I和电离室探测器II输出为两路电压，再由同步数据采集卡采集该两路电压并送至计算机系统，计算机系统根据设定的采样频率采样并存储两路电压，此两路电压即对应反应堆中子噪声时域信号；所述的反应堆中子噪声频谱分析方法还包括如下步骤：

步骤(1)对所述的反应堆中子噪声时域信号进行小波节点离散，并消除取得节点过程中的频率混淆；

步骤(2)对小波离散节点进行反应堆中子噪声时域信号重建，得到各分频段反应堆中子噪声时域信号；

步骤(3)对各分频段反应堆中子噪声时域信号分别进行频谱计算、分形计算，得到各分频段反应堆中子噪声时域信号的频谱和分形参数；

其中，所述步骤(1)对反应堆中子噪声时域信号进行小波节点离散，并消除取得节点过程中的频率混淆的方法具体包括：

步骤(1.1)取得节点[1，0]、节点[1，1]：

将节点[0，0]与h卷积，再进行OL运算，最后进行隔点采样得到节点[1，0]，其中，h为低频分解滤波器组，OL为低频运算算子；

将节点[0，0]与g卷积，再进行OH运算，最后进行隔点采样得到节点[1，1]，g为高频分解滤波器组，其中，OH为高频运算算子；

步骤(1.2)取得节点[2，0]、节点[2，1]、节点[2，2]、节点[2，3]：

将节点[1，0]与h卷积，再进行OL运算，最后进行隔点采样得到节点[2，0]；

将节点[1，0]与g卷积，再进行OH运算，最后进行隔点采样得到节点[2，1]；

将节点[1，1]与h卷积，再进行OL运算，最后进行隔点采样得到节点[2，2]；

将节点[1，1]与g卷积，再进行OH运算，最后进行隔点采样得到节点[2，3]；

所述步骤(2)对小波离散节点进行反应堆中子噪声时域信号重建的方法具体包括：

对节点[2，0]进行反应堆中子噪声时域信号重建：先对节点[2，0]进行隔点插零并与h_inv卷积后进行OL运算，然后再次进行隔点插零并与h_inv卷积，最后进行OL运算，得到分频段反应堆中子噪声时域信号，其中，h_inv为低频重构滤波器组；

对节点[2，1]进行反应堆中子噪声时域信号重建：先对节点[2，1]进行隔点插零并与g_inv卷积后进行OH运算，然后再次进行隔点插零并与h_inv卷积，最后进行OL运算，得到分频段反应堆中子噪声时域信号，其中，g_inv为高频重构滤波器组；

对节点[2，2]进行反应堆中子噪声时域信号重建：先对节点[2，2]进行隔点插零并与h_inv卷积后进行OL运算，然后再次进行隔点插零并与g_inv卷积，最后进行OH运算，得到分频段反应堆中子噪声时域信号；

对节点[2，3]进行反应堆中子噪声时域信号重建：先对节点[2，3]进行隔点插零并与g_inv卷积后进行OH运算，然后再次进行隔点插零并与g_inv卷积，最后进行OH运算，得到分频段反应堆中子噪声时域信号；

所述步骤(3)对各分频段反应堆中子噪声时域信号分别进行频谱计算，得到各分频段反应堆中子噪声时域信号的频谱，具体为：

(3.1)对步骤(2)得到的各分频段反应堆中子噪声时域信号进行频谱计算：对小波离散节点[2，0]、[2，1]、[2，2]、[2，3]进行反应堆中子噪声时域信号重建后得到的各分频段反应堆中子噪声时域信号进行频谱计算，得到各分频段反应堆中子噪声时域信号的频谱；

所述步骤(3)对各分频段反应堆中子噪声时域信号分别进行分形计算，得到各分频段反应堆中子噪声时域信号的分形参数，具体为：

(3.2)对步骤(2)得到的各分频段反应堆中子噪声时域信号进行分形计算：

(3.2.1)定义重构相空间嵌入维数m，m为整数，其初始值设为2；将所述步骤(2)各分频段反应堆中子噪声时域信号定义为X，设其离散点数为N，则有X＝{X_i，i＝0，1...，(N-1)}，i为下标，取值范围从0到(N-1)；

定义重构延迟时间τ，τ＝kΔt，Δt为反应堆中子噪声时域信号的采样时间间隔，k为整数，其初始值设为1；

定义各分频段的反应堆中子噪声时域信号X在重构相空间嵌入维数m下的复自相关函数下标j的取值范围从0到(m-1)，R_XX(jτ)是各分频段的反应堆中子噪声时域信号X在时间跨度为(jτ)时的自相关函数，

不断增大k，直至的值趋于零时，并获取此时的重构延迟时间τ；

(3.2.2)根据(3.2.1)确定的重构相空间嵌入维数m和重构延迟时间τ，按照公式Y＝{Y_j，j＝1，2...N_m}对各分频段的反应堆中子噪声时域信号X进行相空间重构，其中Y_j＝{X_j，X，X_j+2τ....X_j+(m-1)τ}，下标j的取值范围从1到N_m，N_m为重构相空间向量个数，N_m＝N-(m-1)τ；

(3.2.3)按公式计算相关积分，下标j、k的取值范围均从1到N_m，且j≠k，r为标度，Y_j和Y_k为向量Y的两个分向量，||Y_j-Y_k||为向量Y_j和Y_k间的距离，H为单位阶梯函数，其定义为：

(3.2.4)对相关积分C(r)和标度r构成的双对数曲线进行直线拟合，得到关联维数D_c，重构相空间嵌入维数m、重构延迟时间τ和关联维数D_c即为当前步骤的分形参数；

(3.2.5)将m的值加1，重复步骤(3.2.1)至步骤(3.2.4)，得到重构相空间嵌入维数为m和m+1时分别对应的相关积分C(r)和标度r构成的双对数曲线；

(3.2.6)观察两条双对数曲线的直线拟合情况，当两条双对数曲线大致重合，则认为关联维数已饱和，此时，关联维数D_c、对应的重构相空间嵌入维数m、重构延迟时间τ，即为最终所需得到的各分频段反应堆中子噪声时域信号的频谱相匹配的分形参数；否则，重复步骤(3.2.5)，不断增大m值，直至两条双对数曲线大致重合，即关联维数饱和。