一种基于PGNAA技术的地雷位置精确确定方法与流程

本发明涉及一种基于pgnaa技术的地雷位置精确确定方法，属于地雷探测技术领域。

背景技术：

目前，在地雷的探测中，pgnaa技术正逐渐成为一种重要的探测技术。其具备其他探测技术如电磁感应探测技术等不具备的优点，包括高穿透性、抗电磁干扰、可以直接识别特征核素等。pgnaa技术的原理是利用中子与物质发生非弹性散射(n，n’γ)，辐射俘获(n，γ)等反应放出的瞬发特征γ射线来对样品中的某种元素进行识别和定性、定量的分析，在地雷的检测中pgnaa技术可以通过对地雷中爆炸物特征信号进行检测，由此完成对地雷的检出。

然而目前基于pgnaa技术的地雷探测研究主要集中在地雷的检出方面，而对于地雷位置的精确确定，目前有的一种方式是利用伴随α粒子技术进行符合测量来对地雷的方位进行确定，但该种方法一方面要求中子源只能是加速器中子源，另一方面其位置探测精度也不高。总的来说，在地雷探测领域。目前没有一种成熟、有效的在探测限内确定地雷位置的探测方法。

因此，本发明建立了一种基于pgnaa技术的地雷位置精确确定方法，以填补该方面技术的空缺。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种基于pgnaa技术的地雷位置精确确定方法。

本发明采用的技术方案是：一种基于pgnaa技术的地雷位置精确确定方法包括如下步骤：步骤一：建立相对计数rc的位置响应函数prf；步骤二：根据待测雷区的土壤条件和地雷种类，设计并建造模拟雷区并用探测装置对其进行扫描探测；步骤三：对步骤二的结果进行处理，得到探测系统的相对响应计数；步骤四：基于步骤三和步骤一的结果，利用数据拟合方法得到位置响应函数prf中的参数；步骤五：基于步骤四中得到的参数，建立针对不同土壤环境和地雷种类的位置响应函数prf，用于未知雷区的探测。

优选的，步骤一中，相对计数rc定义为中子源发出的每一个中子产生的信号计数，其计算依据下式：

其中c为信号净计数(总计数-本底计数)；

为中子源的平均中子产额(n/s)；

t为测量时间(活时间)。

探测器相对计数与诸参量的关系可表示为：

rc＝f(r，r，m，ε，fγ，fn)

ε＝εr·fε(r)

fγ＝fγr·fγ(r)

fn＝fnr·fn(r)

其中：

m与地雷本身的结构材料和所选取特征γ信号固有属性有关；

r和r为地雷的相对位置；

εr为探测器的本征探测效率；fε(r)为空间角对ε的修正；

fγr为探测器与地雷结构对γ射线的屏蔽；fγ(r)为地雷与探测器的距离对γ屏蔽的修正；

fnr为地雷与中子源引起的中子能谱改变，fn(r)为地雷与中子源之间的土壤对中子能谱的修正；

位置响应函数prf为相对响应与地雷位置的关系函数：rc＝prf(r，r)；其计算式如下：

探测限内：

探测限外：

prf(r,r)＝0；

其中r和r为地雷相对源和探测器的位置；

b，m，n，a，b和探测限为拟合参数，a与m，εr，fγr，fnr有关。

优选的，步骤二中所述探测系统包括中子源和两个闪烁体探测器。中子源为氘氚(dt)中子发生器，闪烁体探测器为碘化钠(nai)探测器、锗酸铋(bgo)探测器或溴化镧(labr3)探测器中的一种。且探测器与中子源的相对位置需要明确且固定。

优选的，步骤三中相对计数rc的计算公式为：

其中ct为总计数，cb为本底计数；

为中子源的平均中子产额(n/s)；

t为测量时间(活时间)。

优选的，步骤四中利用步骤三得到的数据对位置响应函数prf中的各参数进行拟合：

a，n，m，a，b可利用拟合软件对其进行拟合，在拟合中需要对各参量赋予拟合初值，其中令n，m为正，分别选取a，b>1和a，b<1作为拟合条件进行拟合，再根据拟合结果对参数进行选取。

优选的，步骤五中在对未知雷场扫描后，由以下方法对地雷位置进行计算：

对于只含有一个或更多探测器的探测系统，在对未知雷场扫描后，对地雷位置的计算方式如下：

根据得到的探测器响应及探测限确定地雷可能出现的范围：

(x，y)∈pp为地雷可能出现的区域

根据探测器的扫描步长和地雷的大小将区域p划分为小块，并得到若干个可能的地雷埋布位置：(xi，yi)∈p；

对每一个(xi，yi)利用位置响应函数prf(r，r)，根据探测系统的扫描路线得到其对应的扫描响应：

ric＝{prfi(rj，rj)|j＝0，1，2……}

prfi(rj，rj)为地雷位置为(xi，yi)时，随着探测器的移动，地雷的相对位置分别取rj，rj时，根据位置响应函数prf算得的探测器响应；

根据ric和实际探测器得到的响应rd，求出每一个可能位置(xi，yi)对应的相对偏方差di，di计算式如下：

最后根据所取得的di确定地雷的位置(x，y)：地雷的位置为使di取到最小的(xi，yi)：

(x，y)＝{(xi，yi)|min(di)}。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种基于pgnaa技术的地雷位置精确确定方法，基于瞬发伽马中子活化分析(pgnaa)技术，使用闪烁体探测器获取地雷中爆炸物的特征伽马信号，对获取的特征伽马信号进行处理得到相对计数，再基于所选取的位置响应函数prf和得到的相对计数，利用数据拟合的方法求出位置响应函数中的拟合参量，从而实现完整的响应函数的建立，利用该函数可以在对未知雷场的扫描中确定地雷的精确位置；

而且，本发明针对目前地雷探测中对探测限内地雷位置的确定方法较为空缺的现象，提出了一种基于pgnaa技术，利用探测器响应与地雷相对位置关联建立位置响应函数的地雷位置精确确定的方法。通过对不同土壤环境和地雷种类雷场的模拟对位置响应函数中的各参数进行拟合处理，可以实现对未知雷场中地雷位置的扫描分析。

附图说明

图1是本发明的步骤的流程框图；

图2是本发明相关的实验用探测装置；

图3是模拟实际扫雷的扫描路线图；

图4是探测器的扫描响应曲线图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1，一种基于pgnaa技术的地雷位置精确确定方法，其包括以下步骤：

步骤一：建立相对计数rc(relativecount)的位置响应函数prf(positionresponsefunction)；具体的，相对计数rc定义为中子源发出的每一个中子产生的信号计数，其计算依据下式：

其中c为信号净计数(总计数-本底计数)；

为中子源的平均中子产额(n/s)；

t为测量时间(活时间)。

r和r为地雷的相对位置；

探测器相对计数与诸参量的关系可表示为：

rc＝f(r,r，m，ε，fγ，fn)

ε＝εr·fε(r)

fγ＝fγr·fγ(r)

fn＝fnr·fn(r)

其中：

m与地雷本身的结构材料和所选取特征γ信号固有属性有关；

r和r为地雷的相对位置；

εr为探测器的本征探测效率；fε(r)为空间角对ε的修正；

fγr为探测器与地雷结构对γ射线的屏蔽；fγ(r)为地雷与探测器的距离对γ屏蔽的修正；

fnr为地雷与中子源引起的中子能谱改变，fn(r)为地雷与中子源之间的土壤对中子能谱的修正。

位置响应函数prf为相对响应与地雷位置的关系函数：rc＝prf(r，r)；其计算式如下:探测限内：

探测限外：

prf(r,r)＝0

其中a，m，n，a，b和探测限为拟合参数，a与m，εr，fγr，fnr有关。

步骤二：根据待测雷区的土壤条件和地雷种类，设计并建造模拟雷区并用探测装置对其进行扫描探测；

具体的，探测系统包括中子源和两个闪烁体探测器。中子源为氘氚(dt)中子发生器，闪烁体探测器为碘化钠(nai)探测器、锗酸铋(bgo)探测器或溴化镧(labr)探测器中的一种。且探测器与中子源的相对位置需要明确且固定。

步骤三：对步骤二的结果进行处理，得到探测系统的相对响应计数；

具体的，相对计数rc的计算公式为：

其中ct为总计数，cb为本底计数；

为中子源的平均中子产额(n/s)；

t为测量时间(活时间)。

步骤四：基于步骤三和步骤一的结果，利用数据拟合方法得到位置响应函数prf中的参数；

具体的，利用步骤三得到的数据对位置响应函数prf中的各参数进行拟合：

a，n，m，a，b可利用拟合软件对其进行拟合，在拟合中需要对各参量赋予拟合初值，其中令n，m为正，分别选取a，b>1和a，b<1作为拟合条件进行拟合，再根据拟合结果对参数进行选取。

步骤五：基于步骤四中得到的参数，建立针对不同土壤环境和地雷种类的位置响应函数prf，用于未知雷区的探测。

具体的，对于步骤五，本发明提供两种确定地雷位置的方式：

1.对于只含有一个或更多探测器的探测系统，在对未知雷场扫描后，对地雷位置的计算方式如下：

根据得到的探测器响应及探测限确定地雷可能出现的范围：

(x，y)∈pp为地雷可能出现的区域

根据探测器的扫描步长和地雷的大小将区域p划分为小块，并得到若干个可能的地雷埋布位置：(xi，yi)∈p。

对每一个(xi，yi)利用位置响应函数prf(r，r)，根据探测系统的扫描路线得到其对应的扫描响应：

ric＝{prfi(rj，rj)|j＝0，1，2……}

prfi(rj，rj)为地雷位置为(xi，yi)时，随着探测器的移动，地雷的相对位置分别取rj，rj时，根据位置响应函数prf算得的探测器响应。

根据ric和实际探测器得到的响应rd，求出每一个可能位置(xi，yi)对应的相对偏方差di，di计算式如下：

最后根据所取得的di确定地雷的位置(x，y)：地雷的位置为使di取到最小的(xi，yi)。

(x，y)＝{(xi，yi)|min(di)}；

下面通过具体实例来对本发明进行进一步说明：

图2为实验用探测装置，该装置包括一个d-t中子发生器和一个4×4bgo闪烁体探测器，探测器与中子发生器之间用16cm聚乙烯进行屏蔽。

模拟用土壤为sio2，地雷模拟物为20×20×10cm的三聚氰胺，地雷埋布于土壤下3cm，将地雷以5cm为间距布设于探测系统周围进行测量，根据测量结果对位置响应函数prf中的参数进行拟合，得到prf(r，r)为：

表1各参数拟合取值

图3为模拟实际扫雷的扫描路线图，分为两个扫描路径，每个扫描路径扫描步长为5cm，每个测量点的测量时间均为3600s，d-t中子发生器的产额为10⁸n/s，以扫描起始点d-t中子发生器位置为坐标原点，地雷布设位置为(50，-14)。

图4为探测器的扫描响应曲线图(已将计数转化为相对计数)，我们可以确定出地雷的可能布设范围p＝{(x，y)|45<x<50；-20<y<0}。

以1/2扫描步长(2.5cm)为单位将地雷的可能布设范围p分块，并得到可能的埋设位置(xi，yi)，令探测器的位置为(xd，yd)，中子源的位置为(xs，ys)则地雷位置(xi，yi)与其相对位置r,r的关系为：

再利用拟合得到的prf(r，r)分别求出每个位置对应的相对偏方差di，结果如表2所示：

由表2可以看出使di取值最小的点为(50，-15)(di＝3.83481e-12)，得出地雷的布设点为(50，-15)，与实际的地雷布设点(50，-14)非常接近，达到了在探测系统探测限内精确确定地雷位置的目的。

本发明基于pgnaa技术，通过研究在地雷探测中探测器响应与地雷位置的关系，利用数据拟合的方式建立了探测系统的位置响应函数，对在探测系统探测限内得地雷位置进行精确确定，效果良好，是一种可行，良好的基于pgnaa技术的地雷位置精确确定方法。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。