辐射剂量仪高精度滤波算法研究

摘要

嵌入式多通道辐射剂量仪的测量结果易受系统本身和环境噪声的干扰，进而影响其测量精度。本文提出了模糊卡尔曼小范围自适应滤波方法来提升测量精度，该方法先提取卡尔曼滤波的滤波残差作为滤波相对误差，通过分析辐射剂量仪的环境噪声特性对滤波相对误差设置合理阈值。在此基础上，设计了模糊控制器，将滤波相对误差和误差阈值的差值作为模糊控制器的输入，卡尔曼滤波的过程噪声协方差Q的变化量作为输出，设定了模糊逻辑输入与输出的基本论域，建立了隶属度函数，依据测量经验制定模糊控制规则，实现过程噪声协方差Q随滤波相对误差在动态辐射阶段和恒定辐射阶段的小范围自适应调整，从而提升剂量仪在两个阶段的测量精度。将剂量仪放置在剂量率为0μSv/h～15 Sv/h的环境中，采用本文所述方法测得的动态和恒定辐射的剂量率最大误差分别为4.3%和8.3%, 180 s时长的累计剂量误差为10%左右。与滑动平均滤波法和基于残差判断的卡尔曼滤波法相比，本文所提出的模糊卡尔曼小范围自适应滤波方法在嵌入式多通道剂量仪中更有优势。

关键词

嵌入式系统 / 辐射剂量仪 / 卡尔曼滤波 / 模糊控制