波束信号处理器中多通道失配的准原位校准方法研究

《IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems》：Research on Quasi-in-Situ Calibration Method for Multi-Channel Mismatches in Beam Signal Processors

　　**摘要：**多通道束流信号采集与处理系统是束流位置监控（BPM）系统及其在粒子加速器中相关诊断的核心组件。通道间失配直接影响束流位置、束团长度和电荷等关键参数的测量精度。针对现有校准方法难以实现与在线运行一致的校准结果这一挑战，本文提出了一种基于束流信号本身的多通道失配准原位校准方法。利用束流信号的准周期特性，该方法采用等效时间采样结合波形重构算法，以足够的时间分辨率重建每个通道的完整波形。它能够精确校准各通道间的幅度增益、时间延迟和直流偏移，从而对整个模拟信号处理链进行校正，包括束流拾取器、信号电缆和模拟前端（FE）电子学。数值模拟系统地分析了通道失配对所测束流参数的影响，并在合肥光源二期（HLS-II）储存环进行了实验验证。结果表明，该方法显著提高了BPM信号处理器在时域和频域的通道匹配度，为高精度束流测量提供了一种实用且可靠的准原位校准方法。**I. 引言**在现代高性能粒子加速器的运行和物理研究中，高精度和高精度的束流诊断系统提供了关于束流参数和机器状态的关键信息，从而为实现更稳定的运行和更好的束流质量奠定了基础。随着加速器技术向更高束流电流（即更高的束团电荷和每圈更高的束团数量或射频（RF）宏脉冲）方向发展，这要求更高的束流稳定性，束流诊断系统在运行带宽、时间分辨率和逐束团测量能力方面必须满足越来越严格的要求 [1], [2]。束流位置监控（BPM）系统及其多通道读出前端（FE）电子学和数字信号处理后端构成了现代加速器诊断的核心组件。BPM四个读出通道的对称性对从采集的BPM数据中提取的束流参数的测量精度具有决定性影响，包括束团位置、束团电荷和束团长度。因此，精确识别和校正通道间失配是优化多通道束流诊断系统性能、克服团束测量中精度不足和漂移的关键技术挑战 [3], [4], [5], [6]。