基于探测器输出信号时频空综合特征的空间粒子甄别技术研究

根据粒子辐射探测器与空间粒子的作用机理，通过对探测器输出电流脉冲形状的高速采集，探索研究基于该波形时频空综合特征的空间粒子甄别算法理论与相关实现技术。主要内容包括探测器输出信号特征的自动提取方法；基于这些特征的粒子甄别技术的理论研究与仿真验证；粒子电流脉冲形状的高速与低噪声采集技术；采集数据预处理技术，包括降噪算法、基线漂移与恢复、脉冲堆积判别与处理技术等；基于DSP+FPGA的嵌入式系统环境下甄别算法的实时实现技术等。开展基于探测器输出波形时频空综合特征的空间粒子甄别技术的研究，可以提高空间粒子能谱和通量分布探测的精度和准确度，对加强空间环境的了解和加强航天器与航天员的安全保障都有重要的意义。研究内容和成果在核物理、重离子物理、高能物理等科学领域以及中微子探测、暗物质寻找等前沿科学方向有着重要的理论和应用价值。

粒子甄别技术在空间粒子辐射环境及效应研究中起着非常重要的作用。为解决基于脉冲形状的甄别方法在实际应用中遇到的科学与技术问题，本项目通过对探测器输出电流脉冲形状的高速采集，探索研究了基于该波形时频空综合特征的空间粒子甄别算法理论与相关实现技术。主要研究内容和结果如下：.（1）研究了带电粒子与全耗尽型硅面垒半导体探测器的作用机理以及输出电流脉冲信号的时域和频域特征，发现了不同带电粒子产生的脉冲输出信号的频域特征存在明显的区别，从而提出了一种频率比值分析方法（FRA）。.（2）研究了中子/γ射线与液体闪烁体的作用机理以及输出电流脉冲信号的时域和频域特征，发现在相同尺度范围内，γ射线信号的小波变换模极值曲线的收敛速度比中子信号的模极值曲线快，从而提出了小波变换模极值法（WTMM）。.（3）开展了基于液体闪烁体探测器的中子解谱方法的研究，提出了一种新的基于信赖域算法（TR）的中子能谱反演方法。.（4）研究了粒子探测系统的前端电子学设计技术和数字处理技术。提出了一种新的前置放大器噪声的测量方法和一种新的模拟基线恢复器。对常用的一种数字基线估计算法进行了理论分析和实验验证，给出了算法中各参数的选择依据。.上述研究内容和成果，对提高空间粒子能谱和通量分布探测的精度和准确度，对加强空间环境/效应的理解和加强航天器与航天员的安全保障都有重要的意义；在核物理、重离子物理、高能物理等科学领域以及中微子探测、暗物质寻找等前沿科学方向也有着重要的理论和应用价值。