FPGA横向反馈数字板在SSRF储存环的应用

上海光源（SSRF）正在构建基于数字信号处理模块的横向反馈系统。FPGA（Field Programmable Gate Array）结构可以调节数字板FIR滤波器的参数,具有较好的灵活性。图形用户界面（GUI,Graphical User Interface）程序用来实现滤波器设计,并生成供数字板下载的逗号分隔符.csv（Comma Separated Value）文件。我们通过调节横向工作点处增益和相位,使滤波效果达到最优化。本文介绍了SSRF横向反馈对单束团束流情况下的实验结果,已能够证明数字板调节的灵活性。系统在多束团情况下的研究将要进行。     

逐束团位置对束流横向反馈的影响分析

为了提升上海光源储存环横向反馈系统的性能,进一步优化抑制束团串内部横向耦合不稳定性,需要更深入了解现有束流反馈系统模式下的工作状态。用逐束团位置在线采集的方法,在束流诊断实验中获取横向反馈系统不同反馈作用力条件下的逐束团位置信息。通过离线频谱分析,得到束团串横向不稳定振荡振幅随反馈作用力及束团分布的变化规律,表明了横向反馈作用力对束流的整体作用具有正相关性,但对不同束团及束团串的作用效果具有较大差异。为更深入的研究束流不稳定性及束流优化提供了数据支持。     

腔体带通滤波器设计

在上海光源(SSRF)零模束流反馈系统中,腔体带通滤波器用来提取束流信号中的零模振荡信号,通过处理和反馈束流信号来控制高频系统对束流的作用.本文就是以Superfish为仿真软件,给出腔体带通滤波器的设计方法及其设计尺寸.并对腔体带通滤波器的参数进行了优化.最后给该滤波器的测试结果.     

BEPCII逐束团双反馈系统运行试验研究

逐束团反馈控制是抑制束流不稳定性最好的方法,未来的环形正负电子对撞机(Circular Electron Positron Collider,CEPC)等超大型装置的环周长为100 km,束流不稳定增长时间为毫秒量级,这要求束流振荡能在十几圈甚至几圈内被抑制,意味着反馈系统提供的阻尼时间要很短,传统的数字反馈系统显然难以实现。一些缩短阻尼时间的方法相继被提出,其中之一是在储存环中采用若干套束流反馈系统作用于同一束流上,通过阻尼效果的叠加以减少总系统阻尼时间。本文工作主要利用北京正负电子对撞机二期(Beijing Electron Positron Collider Ⅱ,BEPCⅡ)同步模式外环上两个条带kicker的有利条件,开展双反馈系统带束实验研究,一套是自行研制的逐束团数字横向反馈系统,另一套是Dimtel公司生产的商用逐束团数字反馈系统,分别测量各系统以及双系统的阻尼时间。实验测得商用系统的阻尼时间是0.93 ms,自研反馈系统的阻尼时间为2.98 ms,双反馈系统的阻尼时间为0.70 ms,验证双反馈系统能够有效缩短阻尼时间。     

HLS Ⅱ横向束流反馈系统条带激励器的设计与计算

合肥光源升级改造（HLS Ⅱ）将使用数字逐束团横向束流反馈系统来抑制束团耦合不稳定性。本文设计了条带型横向激励器,利用Poisson程序计算了横向激励器的特性阻抗和电场,采用回归方程及最小二乘法分析了特性阻抗随横截面结构参数的变化规律,并做了优化选择以匹配50 Ω的外部传输电缆。利用HFSS程序对横向激励器的分路阻抗及功率输入端口的反射系数进行了模拟计算。仿真和计算结果为横向激励器的设计提供了依据。     

核信号的FIR数字滤波模拟计算

通过对模拟核脉冲信号进行离散傅里叶变换,根据得到的频率响应特性,构建最小二乘FIR数字滤波器。运用80MHz高速流水型ADC实时采样的核脉冲信号经过构建FIR滤波器后,噪声得到明显的抑制,输出信号更加平滑,信噪比(SNR)明显提高。采用不同方法对137Cs采样的实时脉冲信号进行滤波处理,其最小二乘FIR滤波器效果最佳。     

核测井信号数字滤波器的性能分析

为了便于选用数字滤波器处理核测井信号,采用定量研究的方法,分析了各种数字滤波器的性能和局限性,针对应用过程中存在的问题,提出了解决数字滤波器时延特性的技术途径和确定滤波器点数的方法。结果表明,合理选用滤波方法及滤波点数,能够明显改善核测井信号的滤波效果。     

嵌入式数字滤波器在线处理脉冲堆测量脉冲波形信号

脉冲波形信号是脉冲堆特性的反应,实际测量中易混杂大量噪声干扰信号。脉冲波形信号的在线滤波与提取对于脉冲参数的计算及脉冲堆性能研究具有重要意义。文中对脉冲波形信号进行理论分析,运用数字信号处理技术,提出滤波器的设计指标,设计基于有限冲击响应(FIR)的嵌入式数字滤波器,并将其应用于在线测量装置中。实验结果表明:该嵌入式数字滤波器可以有效滤除噪声干扰信号,实现脉冲波形信号实时在线提取与处理,有利于脉冲参数的计算。     

基于LabVIEW的核信号数字滤波器的研制

本文介绍了基于LabVIEW的核信号数字滤波器的设计与测试。该数字滤波器实现了3种核信号的数字滤波成形方法--基于小波分析技术的高斯滤波成形、匹配滤波成形和梯形滤波成形。为验证该滤波器的性能,利用计算机产生的数字化核脉冲信号作为信号源,对各种滤波成形算法的效果进行了测试。测试结果表明,该数字滤波器的性能良好,参数调节方便,适用于对核信号进行数字滤波成形。     

束流变压器的基线漂移效应研究

束流变压器（BCT）在频域表现为带通特性,其低频截止特性会引起基线漂移现象,本文使用高通滤波器模型对低频截止特性对单束团和连续束团的影响进行了分析。采用基线操纵和一次谐波算法两种方法进行了基线修复,使BCT测量高重复频率连续束团的相对误差由20%下降至3%以内。     

合肥光源谐波法束团长度测量系统研制

同步辐射光与束流信号具有相同的时间结构,测量同步辐射光并基于频域的信号处理方法可得到束团的长度。基于该原理,研制了采用谐波法测量束团长度的系统。该系统用高速光电接收器将同步光转换为电信号,然后采集该信号的四路频率分量,计算得到束团长度。阐述了该系统的软硬件设计,并应用该系统测量了束团长度随流强的变化规律,与条纹相机的测量结果相吻合。     

CIC滤波器在NQR炸药探测系统中的应用

从NQR炸药探测系统数字信号处理与分析的角度出发,介绍了CIC数字滤波器的原理和使用方法。和传统常使用的FIR及IIR数字滤波器相比,CIC滤波器具有可抽取的特点。在NQR炸药探测系统中,数字接收机多采用大倍率过采样体制,面对高速处理海量数据的需求,CIC数字滤波器充分体现了灵活、高效、实时的优势,为各种炸药成份的NQR信号提取、处理与分析提供了良好的解决方法。     

CSNS RCS环BPM电子学实现

中国散裂中子源(CSNS)快循环同步环(RCS)上需要束流位置检测器(BPM)来检测束流位置偏移。论文介绍该系统中读出电路的设计和实现。设计BPM读出电路的最大挑战就是接收和处理大动态范围(5.8 mV~32 V)和变化宽度(80~500 ns)的探头引出信号。文中介绍的模拟电路,采用由模拟运放和模拟开关构成可变增益放大器的结构,能够接收和处理该探头引出信号。另外,对于一个BPM系统,精确的实时束流位置检测是必须的。本设计基于FPGA,开发了计算逐束团位置信息和束流闭轨模式位置信息的实时算法。此外,设计实现了工程所需的各种功能,包括30 s逐束团位置缓存、基于VME总线的数据读出和控制、FPGA程序的在线加载等。初步测试显示,在最小信号10 mV时,逐束团位置分辨是0.9 mm,束流闭轨模式位置分辨为50μm。     

加速器束团长度频谱法测量系统设计

主要介绍一种基于束流频谱的柬团长度测量系统的设计,它通过拾取条带上的束流频谱,分析得到束团频谱中的两个频率成分的幅度比,从而求出束团长度.整个系统结构类似数字位置探测器(DBPM),采用软件无线电的技术,利用高速高精度ADC直接中频带通采样,以省掉一部分模拟器件,减少模拟部分带来的误差.这种柬团长度测量系统最大的好处就是可以在线实时的测量束团长度,为加速器研究提供重要的参考.     

基于FPGA的电子直线加速器低电平系统前馈功能的实现

用于驱动光中子源装置(TMSR Photo-Neutron Source Phase1,TDSN1)的15 Me V直线加速器,由于腔体中瞬态束流负载效应的存在使得束团在经过腔体后头部的能量过高,会导致束流能散变大,降低了束流的传输效率。"数字前馈补偿"方法在原有的数字低电平控制系统的现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中加入前馈模块,通过直接削弱输入腔体的射频场的头部场强来达到降低束团头部能量的目的。实际数据表明,低电平系统前馈功能工作稳定,束流能散降低,束流的传输效率显著变高,克服了传统束流补偿法不能在大束团、高流强模式下工作的缺陷。     

基于ⅡR滤波器的核信号数字高斯成形方法

为适应数字化核仪器发展的趋势,研究了一种数字高斯滤波成形的方法。根据模拟高斯成形电路的频率响应,确定数字高斯成形滤波器的指标,设计了皿数字高斯成形滤波器。对实测核脉冲信号进行处理的结果显示,在滤除噪声的同时,可以将数字核脉冲信号成形为准高斯信号。该方法不仅可代替复杂的模拟滤波成形电路,而且能提高系统稳定性和抗干扰性。     

环境辐射监测数字伽玛谱仪设计

本文介绍了一种环境辐射监测数字伽玛谱仪设计方案。本设计采用Na I(Tl)探测器对伽玛射线进行探测,由FPGA控制可编程增益放大器对核脉冲信号进行调节,以适合后续模数转换输入要求。由FPGA控制高速模数转换器AD9235对核脉冲信号进行模数转换,然后采用海明窗低通FIR数字滤波器对数字核脉冲信号进行滤波,滤除高频噪声。本设计采用TMS320C6713对数字核脉冲信号进行梯形成形,改善弹道亏损和脉冲堆积,最后对其进行幅值判断形成能谱。谱仪经刻度后,不仅可以获得现场辐射计数总量还可以获取现场能谱对核素进行初步判别,这对于工业环境辐射监测非常有意义。本设计具有体积小、设计灵活、可扩展性好等特点,非常适合现场环境辐射监测。     

数字Chebyshev核脉冲滤波器设计

设计一种基于Chebyshev多项式的IIR滤波器,用于抑制核脉冲信号中的噪声,利用MATLAB建立相应的IIR滤波器模型,并在FPGA上完成代码设计,并对NaI(Tl)闪烁探测器信号进行了性能测试,仿真结果表明,噪声得到了明显的抑制。同时比较了IIR滤波器三种实现结构和相同滤波效果的FIR滤波器所消耗的硬件资源。其中级联型结构的运算精度高且所占硬件资源少。     

基于腔式探头的束团到达时间测量算法优化

腔式探头具有高信噪比和高灵敏度的特性,TM010模式下在近轴附近的腔体输出信号与束流横向位置无关,信号幅度与电荷量呈正比,信号相位由束团到达时间决定,因此非常适用于高分辨率的束团到达时间测量。上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）对束团到达时间的测量精度要求非常高,期望运用基于谐振腔的束团到达时间监测系统,可实现在100 pC电荷量下分辨率好于25 fs的技术指标。对于高Q的谐振腔信号,单点采样的信噪比随信号的衰减而降低,因此肯定存在一最佳的信号处理窗口。为分析最佳处理窗口与相关参数的定量关系,采用数值仿真和束流实验相结合的办法来研究这个问题。分析发现,存在最佳数据处理时间窗口,该参数只与信号衰减时间常数有关,而与系统采样率、系统信噪比、系统模拟带宽无关。在最佳数据处理时间窗口条件下,束流到达时间测量不确定性可获得最佳值。     

基于LabVIEW的数字梯形成形算法仿真研究

成形滤波技术是核能谱测量的关键技术,数字梯形滤波是实现核能谱仪数字化的关键环节。论文基于数字多道系统中核信号处理要求,对梯形成形滤波技术进行了理论研究。利用LabVIEW软件平台实现了梯形滤波器仿真,讨论了滤波器参数对系统性能或输出的影响。仿真结果表明,数字梯形滤波成形器能够根据实际信号特性灵活进行参数优化和配置,以有效地适应后续测量。