基于h∞濾波的銠自給能探測器信號延遲消除方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及先進堆巧測量系統（核反應堆功率分布在線監測系統）所用的堆內錠 自給能中子探測器信號的處理技術，具體是基于濾波的錠自給能探測器信號延遲消除 方法。
【背景技術】
[0002] 用作先進堆巧測量系統堆內探測器的錠自給能中子探測器，其敏感材料錠與中子 反應產生的次生核素發生0衰變產生電流，穩態情況下該電流大小與所在位置通量成正 比，因此通過測量錠自給能探測器能夠推知其所在位置中子通量。由于該類探測器電流主 要成分是由次生核素0衰變產生的，在反應堆瞬態情況（中子通量水平變化的情況）下， 該類探測器電流不能實時反映通量水平的變化，而是有一定的延遲，延遲時間參數與次生 核素的0衰變一致。因此，利用錠自給能中子探測器作中子測量裝置的先進堆巧測量系 統，為了保證中子通量測量的準確性，需要對錠自給能探器的電流信號作延遲消除處理。
[0003] 由于實際的測量過程中總伴隨有噪聲（過程噪聲和測量噪聲），利用直接的數學 反演方法作延遲消除會將探測器電流信號噪聲放大，最大可放大到20倍，影響測量的精 度。因此，在延遲消除處理過程中，需要有效抑制噪聲的放大。
[0004] 目前應用于錠自給能探測器信號延遲的消除主要基于Kalman濾波器實現，其應 用時必須假定系統的外部擾動輸入信號是一個具有已知統計特性的白噪聲信號，當輸入信 號的統計特性難W得到時，該方法就難W應用。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種基于H-濾波的錠自給能探 測器信號延遲消除方法，其應用時能對錠自給能中子探測器的電流信號進行延遲消除處 理，并能有效抑制噪聲，使得錠自給能中子探測器在反應堆瞬態工況時也能正常使用，且由 于本發明采用了H-濾波器，作延遲消除時無需預先知道外部擾動輸入信號的統計特性。
[0006] 本發明解決上述問題主要通過W下技術方案實現；基于H-濾波的錠自給能探測 器信號延遲消除方法，包括W下步驟：
[0007] 步驟1、建立錠與熱中子的核反應模型：
[0008] 在反應堆瞬態工況下，通量的變化引起錠自給能中子探測器電流的變化并不同 步，后者較前者有一定的滯后，描述上述反應的具體公式如下：
[0009]
[0011] I(t) =cn(t) +Ajiiii(t) (3)
[0012] 其中，mi(t)、m2(t)分別表示IM化和iMm化直接引起的電荷量，n(t)表示探測器處 熱中子通量對應的探測器平衡狀態下的探測器電流，A1、A2分別表示化和IMm化的衰 變常數，C表示探測器電流的瞬時響應份額，ai、a2分別表示化和IMm化引起的電流份額， I(t)表示錠自給能電流；
[0013] 步驟2、采用直接變換建立核反應模型對應的離散狀態方程：
[0014] 令Ja(t) =Aimi(t)代入式（1)、式（2)及式（3)中，將連續時間的常微分方程直 接進行離散化，并添加噪聲項，得到W下離散狀態方程：
[0015]
[0018] 其中，
，W(k)為過程噪聲項，V(k)為測量噪聲項，
[001引初始值為
[0020]
(7)；
[0021] 步驟3、確定錠自給能探測器電流的瞬時響應份額：
[0022] 步驟4、利用H-濾波器對錠自給能探測器電流信號作延遲消除：
[0023] 對于一個離散控制過程系統，該系統可用一個狀態方程來描述：
[0024] X化+1) =Ax化)+Bw化）
[00巧]y化）=Cx化)+Dw化） （8)
[0026] Z化）=Lx化）
[0027] 其中，x(k)為第k次采樣點的n維狀態向量，W似包含了系統過程噪聲化及系統 觀測白噪聲，y化）為第k次采樣點的測量值，Z化）為1維待求向量，L為l*n維矩陣；
[0028] 假定系統是漸近穩定的，則對給定的常數丫〉0,要求設計一個漸近穩定的滿階線 性濾波器
[0029] x(A- + 1) =A文(幻 + 公J'(/〇 (9)
[0030] Kk) =Cjx{k)
[0031] 系統存在一個H-濾波器，當且僅當W下的線性矩陣不等式成立
[0032]
MO)
[0033] 其中Y、Z為待求解的對稱正定矩陣，而Q、G、F為待求解的一般矩陣；
[0034] 得到上述矩陣后，H-濾波器的相關矩陣表示如下：
[00巧]Af=-Y-iQ(I-Y-i幻-i，Bf=-Y-中，Cf=GQ-Y-i幻-1 (11)
[0036] 對于錠自給能探測器，由其離散狀態方程可知方程巧）中的對應矩陣為：
[0042] 通過求解線性矩陣不等式（10)，可得濾波器矩陣4,、8,八,，從而可^由如下步 驟獲取消除延遲后任意時刻的探測器電流值：
[0043] 由初始電流測量值判0)可得
初始0時刻延遲消除后電流值 為i(o) =cvW));
[0044] 對于任意k+Uk= 0, 1，...）時刻，-;'0^ + 1)=斗,.;-(/() +公,,豐(/〇，而1^+1時刻延遲消除 后的電流值為W+1) =CVW+1)。核反應模型是應用濾波器進行延遲消除的基礎，本發明 由第一性原理出發，步驟一導出錠自給能探測器產生信號該一物理過程所對應的連續時間 變量數學模型。由于探測器的電流信號都是通過離散采樣獲取，本發明步驟2將步驟1建 立的連續狀態方程轉換為離散狀態方程。
[0045] 本發明應用時利用H-濾波器原理，在延遲消除過程中，可W有效地抑制噪聲的 放大，噪聲抑制效果越好，延遲效果會逐漸變差，因此，本發明應用時需適當調節參數使延 遲消除效果與噪聲抑制達到最佳平衡。
[0046] 錠自給能探測器瞬時響應份額c可W由理論進行大致地估算，但理論估算值與真 實值之間的不匹配將會導致濾波效果的下降，為了準確地確定出瞬時響應份額C，進一步 的，所述步驟=確定錠自給能探測器電流的瞬時響應份額的具體步驟如下；在反應堆啟動 物理實驗階段，通過升/降反應堆功率形成功率臺階，記錄相應的堆外探測器信號實測值 與錠自給能探測器信號實測值，其中，堆外探測器能夠瞬時響應中子通量的變化，相應的實 測值可認為是真實的中子通量；通過調整瞬時響應份額的理論值給定N個不同的瞬時響應 份額預測值，再將堆外探測器信號實測值代入離散狀態方程，可W得到N組錠自給能探測 器信號理論值，將理論值與錠自給能探測器信號實測值進行比較，取其中符合程度最好的 一組理論值相應的瞬時響應份額預測值為后續延遲消除所采用的瞬時響應份額。
[0047] 當需要探測較大動態范圍的中子通量密度，相應的也需要檢測大動態范圍的電流 信號，而該一問題便集中在了模數轉換器上。為了適應大動態范圍的電流的量化，錠自給能 探測器的模數轉換器采樣分檔電阻，當電流信號在大范圍變化時，模數轉換器就會發生電 阻檔位轉換。由于各檔位沒有完全匹配，各檔位之間的切換會造成輸出信號的近似于階躍 的突變。
[0048] 換擋引起的突變分量進入延遲消除模塊后，會被嚴重放大，使得時域上的階躍突 變被嚴重放大，影響最終信號延遲消除的質量（突變部分信號的嚴重失真）。在換擋時間段 里，信號的變化主要由換擋突變貢獻，相對而言，由中子通量密度變化引起的電流信號變化 可W忽略。
[0049] 為了處理換檔導致的信號突變問題，進一步的，在有換擋的情況下，還包括按如下 的信號處理方法對原始信號進行處理；在換檔區域內，假設中子通量保持不變，然后反推中 子通量密度產生的電流信號，再與探測器實際輸出電流相減，得到換擋突