基于iir滤波的铑自给能探测器信号延迟消除方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及核反应堆功率分布在线监测系统所用的堆内锭自给能中子探测器信 号的处理技术，具体是基于IIR滤波的锭自给能探测器信号延迟消除方法。
【背景技术】
[0002] 用作先进堆巧测量系统堆内探测器的锭自给能中子探测器，其敏感材料锭与中子 反应产生的次生核素发生0衰变产生电流，稳态情况下该电流大小与所在位置通量成正 比，因此通过测量锭自给能探测器能够推知其所在位置中子通量。由于该类探测器电流主 要成分是由次生核素0衰变产生的，在反应堆瞬态情况（中子通量水平变化的情况）下， 该类探测器电流不能实时反映通量水平的变化，而是有一定的延迟，延迟时间参数与次生 核素的0衰变一致。因此，利用锭自给能中子探测器作中子测量装置的先进堆巧测量系 统，为了保证中子通量测量的准确性，需要对锭自给能探器的电流信号作延迟消除处理。
[0003] 由于实际的测量过程中总伴随有噪声（过程噪声和测量噪声），利用直接的数学 反演方法作延迟消除会将探测器电流信号噪声放大，最大可放大到20倍，影响测量的精 度。因此，在延迟消除处理过程中，需要有效抑制噪声的放大。
[0004] 目前应用于锭自给能探测器信号延迟的消除主要基于Kalman滤波器实现， Kalman滤波器作为经典的状态跟踪滤波器，属于自适应滤波，其在一定情况下可W得到状 态的最优估计。采用Kalman滤波器消除信号延迟需要知道噪声功率、相关函数及精确可描 述的状态变换特性，其应用时需要对状态变化特征进行建模。目前对状态变化特征进行建 模往往是非常困难的，状态的建模和模型参数的估计很难完成。此外，Kalman滤波器应用 时是将信号延迟消除和噪声抑制標合在一起进行滤波，该给设计和滤波带来了复杂性，并 不利于观察问题的本质。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于IIR滤波的锭自给能探 测器信号延迟消除方法，其应用时将信号延迟消除和噪声抑制进行分离处理，设计和滤波 简易，便于实施和推广应用。
[0006] 本发明解决上述问题主要通过W下技术方案实现；基于IIR滤波的锭自给能探测 器信号延迟消除方法，包括W下步骤：
[0007] 步骤1、建立锭与热中子的核反应模型：
[000引在反应堆瞬态工况下，通量的变化引起锭自给能中子探测器电流的变化并不同 步，后者较前者有一定的滞后，描述上述反应的具体公式如下：
[0009] --(V) (1)
[0010] (2)
[0011]i(t) =cn(t) + 入曲（t)
[001引其中，mi(t)、m2W分别表示?施和1。某施的存在量，Ai、^2分别表示1岩胤和 1°苗施的衰变常数，n(t)表示探测器处中子通量密度，ai、a2分别表示1 岩化和1D若她反应道 的热中子截面，k为探测器对中子的捕获效率，C表示探测器电流的瞬时响应成分，i(t)表 示锭自给能电流；
[0013] 步骤2、建立锭自给能探测器信号系统模型：
[0014]将式（1)、式（2)及式（3)结合构成的微分方程组变换成S域，有
[00巧](S)S=kasN(S)-人2M2(S) (4)
[0016] Ml(S) S =kaiN(s)+A2M2(S)-人iMi(S) 巧）
[0017] I(s) =cN(s) +AiMi(s) (6)
[001引将式（4)变换得
[0019]
(7)
[0020] 将式（7)带入到式巧），并做相应变换，有
[0021]
(8)
[002引将式做带入到式化），得中子通量密度和电流关系的S函数为
[0023]
C9)
[0024] 其中，Ml(S)、Mg(S)、N(S)、I(S)分别为叫(t)、m2(t)、n(t)及i(t)的S变换；
[0025] 步骤3、分别建立延迟消除模块和噪声抑制模块：
[0026] 步骤3. 1、建立延迟消除模块：
[0027] 将式巧）的倒数作为延迟模块的S函数，并根据延迟模块的S函数设计出相应的 微分、积分模块来完成信号的延迟消除，延迟模块的S函数为
[002引
(10)
[0029] 将延迟模块的S函数经双线性变换得到离散时间系统的Z函数，双线性变换的映 射关系为
[0030]
(11)
[0031] 将式（11)带入到式（10)，有
[0032]
(12)
[0033] 其中，
[0034] B2=(入 2-2Fs)(入i-2Fs)
[003引Bi= 2(入1入2-4尸乃
[0036] B〇=(入i+2Fs)(入 2+2Fs)
[0037] Ag=入ika!(入厂2Fs) + 入 1 入gkag+c(入厂2Fs)(入i_2Fs)
[003引Ai= 2 (入ika!入 2+ 入 1 入skss+c(入 1 入厂4F/))
[0039]A〇=入ikai(入 2+2Fs) + 入1入 2ka2+c(入i+2Fs)(入 2+2F曰）
[0040] 式（12)给出来需要的延迟消除系统的Z函数，其对应的差分方程为
[0041]
(13);
[0042] 步骤3. 2、建立噪声抑制模块；
[0043] 噪声抑制模块脉冲响应函数优化设计模型为
[0044]
(14)
[0045] 解上面的优化模型，可W得到噪声抑制模块的脉冲响应函数为
[0046] (15)
[0047] 其中，m为离散时刻点，M为噪声抑制模块输出信号完全恢复至原信号所需的采样 周期数；步骤4、在延迟消除系统运行前完成延迟消除系统的参数设计，然后实时运行延迟 消除系统实现信号的延迟消除。
[0048] 本发明在消除延迟的过程中可W有效地抑制噪声的放大，其中，噪声抑制效果越 好，延迟效果会逐渐变差，因此，本发明应用时应适当调节参数使延迟消除效果和噪声抑制 取得最佳平衡。
[0049] 进一步的，所述步骤3. 2中噪声抑制模块脉冲响应函数优化设计模型推导过程如 下：
[0化日]延迟消除系统的输出为
[0051 ]叫（m) =n(m)+Vi(m) (16)
[0052] 令噪声抑制模块的脉冲响应函数为h2(m)，考虑可实现的因果系统，所W，当m<0 时，有h2(m) =0,则，输出噪声为
[0化3]
[0化6] 因噪声Vi(m)近似于白噪声，令噪声功率为Pyi，则有 [0057]
(巧）
[0化引因噪声Vi(m)近似为白噪声，所W不同元素之间不相关，其相乘求期望为零，将式 (19)代入到式（18)中，可W得到
[0059]
C20)
[0060] 最小化脉冲响应函数h2(m)的二范数为 (21)；
[0061]
[0062] 在设计脉冲响应函数时，需尽量减小对上一模块输出的中子通量密度信号的失 真，令
[0063]
(22)
[0064] 那么，噪声抑制模块的输出中子通量密度信号为
[00 化]
(23)
[0066] 当信号达到平稳状态时，噪声抑制模块对信号的响应应该为1，所W有
[0067]
(24)
[0068] 将（23)代入上式，可W得到
[0069]
(25)；
[0070] 中子通量密度信号通过噪声抑制模块会失真，但需要尽量降低失真，对于通过噪 声抑制模块的阶跃函数，输出信号没有震荡是对失真的一个合理的约束，于是对于任意m， 有：
[0071]
(26)
[0072] 将（26)变化可W得到，对于任意m，有：
[0073] h2(m) ^