摘  要： 能譜平滑是能譜分析過程中必不可少的環(huán)節(jié),，對消除數(shù)據(jù)的統(tǒng)計漲落以減少后續(xù)分析誤差有著重要的意義。圍繞能譜平滑的典型頻域平滑算法,，即離散傅里葉變換（DFT）平滑法,，在LabVIEW平臺下對其進行了仿真實現(xiàn)，并討論了平滑參數(shù)對平滑輸出的影響,。運行結果表明,，截斷頻率取值越低，降噪后能譜光滑效果越好,，截斷頻率取值越高,，光滑作用減弱，但降噪后的譜形與原始譜形越接近,。在實際應用中,，通過調整該平滑參數(shù)，能夠使能譜取得理想的平滑效果,。

　　關鍵詞： 能譜平滑,；離散傅里葉變換；LabVIEW

0 引言

　　不同核素放射出具有不同能量的射線,，因此顯現(xiàn)的能譜也不同,。能譜橫軸為道址，道址越高,，其表征的能量越高,；縱軸為計數(shù)值，計數(shù)與射線強度呈正比,。對能譜的處理和分析可用于判定核素的種類及含量,。由于電子系統(tǒng)本身存在的噪聲影響，能譜數(shù)據(jù)會有比較大的統(tǒng)計漲落,，進而導致數(shù)據(jù)處理的誤差,。因此，譜數(shù)據(jù)處理與分析的首要步驟就是譜平滑,，利用該方法來減少統(tǒng)計漲落對分析結果產生的負面影響[1]。本文利用LabVIEW在支持用戶計算機仿真,、數(shù)據(jù)處理與分析,、人機交互等方面的優(yōu)勢,，設計了離散傅里葉變換平滑法的譜平滑器，在實現(xiàn)能譜的平滑功能的同時,，為譜數(shù)據(jù)處理與分析的軟件設計提供了參考,。

1 離散傅里葉變換平滑算法原理

　　多道譜數(shù)據(jù)的平滑，從實現(xiàn)本質上都可視為數(shù)字濾波的范疇,，要求平滑后的數(shù)據(jù)應盡可能保留平滑前數(shù)據(jù)中有意義的特征,，尤其是峰的形狀和面積不能產生很大的變化[2]。常用的平滑方法總體上可歸為時域法或頻域法,，而傅里葉變換法是一種最典型的頻域譜平滑法[3],。

　　傅里葉變換的實質是將信號表示為各個頻率諧波函數(shù)分量的疊加，對信號函數(shù)的研究可轉變?yōu)閷ΟB加權系數(shù)的研究,。該方法作為一種頻域平滑法,，其基本思想是通過傅里葉變換后的信息抑制高頻系數(shù)，即濾去高頻噪聲,，進而達到譜圖平滑效果[4],。對于連續(xù)函數(shù)的傅里葉變換如式（1）所示。

　　由于譜數(shù)據(jù)的道數(shù)為整數(shù)值,，譜線以對應的離散化數(shù)據(jù)序列出現(xiàn),，需對連續(xù)傅里葉變換進行離散變形。在時間,、頻率都不連續(xù)的情況下,，離散傅里葉變換式（DFT）及逆變換式（IDFT）分別如式（2）和式（3）所示。

　　在式（2）和式（3）中,，m為DFT輸出序列號（m=0~N-1）,，n為輸入的時間信號序列號，N為輸入（輸出）序列總數(shù),。對能譜平滑的具體步驟為：（1）將原始能譜數(shù)據(jù)進行逐一DFT,，獲取其頻譜序列（輸出具有對稱性），其分解頻率為其分解頻率為fa（m）=mfs/N（fs為采樣頻率）,；（2）根據(jù)得到的頻譜對不需要的頻率量抑制,；（3）對頻譜做IDFT，得到平滑后的能譜[5],。

2 仿真實現(xiàn)與分析

　　2.1 前面板設計

　　平滑器的設計包括前面板與程序框圖兩個部分的設計[6],。前面板運行效果如圖1所示。波形圖控件用于顯示讀取的能譜數(shù)據(jù)以及經快速傅里葉變換（FFT,，離散傅里葉變換的一種快速算法）后的能譜信號頻譜,。輸入控件供用戶根據(jù)信號頻譜輸入截斷頻率，為平滑提供參數(shù),。此外,，面板還包括顯示格式,、平滑狀態(tài)、文件數(shù)據(jù)信息,。

　　2.2 程序框圖設計

　　按下“讀取數(shù)據(jù)”,、“平滑”、“停止”按鈕可激活相應的事件,?！白x取數(shù)據(jù)”的響應為打開格式是二進制的譜數(shù)據(jù)文件，計算能譜信號頻譜并送顯示控件[7],?！捌交钡捻憫獮榘凑战財囝l率對信號頻譜進行抑制，再對頻譜作快速傅里葉逆變換（IFFT）得到平滑后的譜數(shù)據(jù)送顯[8],。平滑算法的程序實現(xiàn)如圖2所示,。

　　2.3 運行結果及分析

　　讀取的譜數(shù)據(jù)樣本以及進行離散傅里葉變換后的頻譜序列（序列總數(shù)為1 024，采樣頻率默認為1 000）如圖3,、圖4所示,，由于頻譜序列具有對稱性，因此圖上給出了完整頻譜圖的左半部分,。由圖可知,，能譜數(shù)據(jù)噪聲集中在高頻部分，因此從理論上對能譜進行低通濾波便可達到平滑效果,。

　　根據(jù)離散傅里葉變換平滑法的原理,，低通濾波后的效果與選取的截斷頻率有關。由頻譜圖可知,，當頻率大于20 Hz后能量迅速衰減,，大于100 Hz后其頻譜分量幾乎為零。分別選取截止頻率為75 Hz,、150 Hz,、250 Hz，對大于截止頻率的頻段進行抑制,，再進行離散傅里葉反變換后得到的平滑效果如圖5所示,。從總體效果來看，離散傅里葉變換平滑法通過高頻抑制能夠對能譜起到平滑作用[9],。

　　從不同截斷頻率下的平滑降噪效果來看,，截斷頻率取得越小，其光滑效果越好,，但與原始譜的差異也就越大,，在消除噪聲的同時過濾掉了一些有用的高頻信息；截斷頻率取得越大，光滑能力也越弱,，其平滑后的譜形與原譜保持的相似性越強,；截斷頻率取得過大則可能導致平滑失效,。由此,，在實際應用時應該針對不同特征的譜數(shù)據(jù)選取合適的截斷頻率，例如對于統(tǒng)計漲落很大且峰形單一清晰的能譜,，截斷頻率可取得稍小一些,；對于形狀復雜、弱峰較多的能譜宜將截斷頻率取得大一些,，以降低原始能譜形狀在平滑后發(fā)生畸變的可能性,。

3 結論

　　通過對平滑器的仿真實驗，離散傅里葉變換法能夠起到能譜平滑作用,。由于平滑前需要知道截止頻率,，采用人工判斷的方式不利于平滑功能的快速實現(xiàn)，因此后續(xù)可在自動判別能譜平滑參數(shù)方面對平滑器進行優(yōu)化,。同時,，基于LabVIEW在圖形化編程方面的簡單、直觀與高效性[9],，在能譜平滑器中可適當添加平滑算法,，根據(jù)不同特征的能譜擇優(yōu)選取平滑方法，以達到最佳的平滑效果,。

　　參考文獻

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