本發明屬于粒子加速器物理束流診斷技術，更具體地涉及一種基于腔式探頭的束團間信號混疊校準方法。
背景技術：
1、腔式探頭通常采用諧振腔結構設計，適用于束流參數的精密測量，包括橫向位置測量（如cbpm系統）和縱向到達時間測量（如cbam系統）。其工作原理基于束流在諧振腔中激勵形成特定電磁模式的激勵信號：當激勵tm010模式時，該模式的電場呈軸向對稱分布，磁場沿腔壁環繞，使得耦合信號的幅度和相位主要表征束流電荷量和縱向到達時間信息，而對束流橫向位置變化不敏感；對于束流橫向位置測量，則主要利用tm110模式，該模式的耦合信號特征同時與束流電荷量、相位以及橫向偏移位置呈函數關系，其中橫向位置信息與信號強度呈線性相關。
2、腔式探頭的激勵信號呈現為指數衰減振蕩形式，其數學表達式為：
3、，
4、其中，v0表示激勵信號的初始幅值，τ為衰減時間常數，為諧振腔的中心角頻率，是束流穿過腔體的相位偏移。
5、上述公式中，所述衰減時間常數τ為激勵信號幅度衰減至初始幅值1/e時所需的時間，其中e為自然對數的底數。如圖1所示，當τ越大的時候，信號衰減越慢。
6、衰減時間常數τ與腔體品質因數q的關系式為：
7、，
8、在諧波腔設計中，衰減時間常數τ的選擇直接影響信號處理性能。當衰減時間常數τ較大時，腔體儲能時間更長，可提取的有效信號能量更高，有利于提高信噪比和測量精度；反之，若衰減時間常數τ過小，則信號衰減過快，導致可用的有效信號幅值降低，進而影響系統的測量分辨率。
9、然而，在高重頻自由電子激光裝置中，若衰減時間常數τ過長，會導致前一個束團的腔體激勵信號未充分衰減時，后一個束團已到達，從而引起信號混疊。具體表現為前一束團的尾部殘留信號與后續束團信號發生時域疊加，進而影響束流參數的獨立測量精度。
10、在具體事實案例中，以上海硬x射線自由電子激光裝置（shine）為例，其束團重復頻率為1mhz（即周期為1μs）。在該裝置的束流到達時間測量系統（cbam）中，腔式探頭采用3.520?ghz的諧振頻率設計，衰減時間常數τ設定為200?ns。探頭輸出的射頻信號首先經過射頻前端模塊處理，包括帶通濾波、低噪聲放大和混頻下變頻至54.2?mhz中頻信號，隨后由數字信號處理器進行同步采集。由于衰減時間常數τ=200?ns，根據指數衰減特性，經過一個束團時間間隔（t=1?μs）后，前一個束團的信號幅值將衰減至初始值的e-t/τ=e-5≈0.67%。雖然該殘留幅值較小，但在高精度時間測量中，當后續束團到達時，仍會與未完全衰減的殘留信號（主要包含前1-2個周期內束團的衰減尾跡）產生時域疊加，形成累積性混疊效應，如圖2所示。
11、因此，需要開發一種針對腔式探頭的束團間信號混疊校準方法，以消除相鄰束團衰減尾跡的干擾，從而提升信號幅度與相位的測量分辨率。這對于基于cbam系統的束流到達時間測量精度具有關鍵作用，特別是在上海硬x射線自由電子激光裝置（shine）等要求飛秒級時間分辨的高重頻加速器裝置中。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種基于腔式探頭的束團間信號混疊校準方法，以有效消除高重頻自由電子激光裝置中的時域混疊效應。
2、為了實現上述目的，本發明提供一種基于腔式探頭的束團間信號混疊校準方法，包括：
3、s1：從高重頻自由電子激光裝置獲取起點處于束團間歇期且時長為至少兩個束團時間間隔的束團信號，作為無混疊基準信號；
4、s2：從無混疊基準信號中提取得到無混疊的第一個束團的信號波形和后續的束團的信號波形，第一個束團的信號波形作為前一個束團的標準波形；并獲取第一個束團在未混疊時候的信號波形的測量結果和后續的第n個束團在混疊后的信號波形的測量結果；
5、s3：根據前一個束團在未混疊時候的信號波形，建模得到前一個束團的殘留信號的公式；
6、s4：根據當前的第n個束團在混疊后的信號波形的測量結果和前一個束團的標準波形，基于前一個束團的殘留信號的公式和矢量校準算法，得到第n個束團的校準結果；
7、s5：將下一個束團作為當前的第n個束團，回到步驟s4；直到全部束團校準完成，此時得到所有束團的校準結果。
8、以cbam系統為實施平臺，?所述cbam系統包括依次連接的腔式探頭、射頻前端模塊和數字信號處理器；通過數字信號處理器采集射頻信號所處理得到的中頻信號的連續時域信號，從中提取起點處于束團間歇期的束團信號作為無混疊基準信號，并存儲到參考波形數據庫。
9、所述步驟s2具體包括：
10、s21：將無混疊基準信號按束團時間間隔分段，提取首個完整的束團時間間隔的信號作為無混疊的第一個束團的信號波形，并根據束團時間間隔提取得到后續的第n個束團的信號波形；
11、s22：獲取第一個束團在未混疊時候的信號波形的測量結果，表示第一個束團的信號波形的幅值，表示第一個束團的信號波形的相位；獲取后續的第n個束團在混疊后的信號波形的測量結果，和分別為第n個束團的信號波形的幅值和相位。
12、在所述步驟s3中，前一個束團的殘留信號的幅值和相位為：
13、，
14、，
15、其中，為衰減系數，，t為束團時間間隔，t?=1μs，t為當前時刻，為衰減時間常數，為前一個束團的標準波形的幅值，為相位漂移量，=，為前一個束團的標準波形的相位，是腔式探頭的諧振角頻率。
16、所述步驟s3還包括：根據前一個束團的殘留信號的公式，得到模擬的第n個束團在混疊后的信號幅度的公式；和重復得到信號幅度的公式的步驟，直至模擬的所有束團在混疊后的信號波形均構造完成，以形成時域拼接波形。
17、基于矢量校準算法，第n個束團的校準結果為：
18、，
19、其中，和分別為第n個束團的信號波形的幅值和相位，為衰減系數修正因子；為前一個束團的殘留信號的幅值，為前一個束團的殘留信號的相位。
20、所述步驟s4還包括：獲取第n個束團的校準結果的幅值和相位；
21、第n個束團的校準結果的幅值和相位分別是：
22、，
23、，
24、式中，和分別表示復數的實部和虛部，為第n個束團的校準結果。
25、最終輸出所有束團的校準結果的幅值和相位，n=2,3,……n，n為束團序數，n是無混疊基準信號的束團總個數。
26、對于n≥3時的第n個束團，在執行步驟s5時，將前一個束團的校準結果作為前一個束團的標準波形。
27、所述束團的重復頻率為1mhz。
28、本發明的一種基于腔式探頭的束團間信號混疊校準方法通過矢量校準算法對相鄰束團衰減尾跡的幅相特性進行建模與補償，有效消除高重頻自由電子激光裝置中的時域混疊效應，將腔式探頭的束流到達時間測量的相位絕對偏差降低至飛秒量級。
1.一種基于腔式探頭的束團間信號混疊校準方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于腔式探頭的束團間信號混疊校準方法，其特征在于，以cbam系統為實施平臺，?所述cbam系統包括依次連接的腔式探頭、射頻前端模塊和數字信號處理器；通過數字信號處理器采集射頻信號所處理得到的中頻信號的連續時域信號，從中提取起點處于束團間歇期的束團信號作為無混疊基準信號，并存儲到參考波形數據庫。
3.根據權利要求1所述的基于腔式探頭的束團間信號混疊校準方法，其特征在于，步驟s2具體包括：
4.根據權利要求1所述的基于腔式探頭的束團間信號混疊校準方法，其特征在于，在所述步驟s3中，前一個束團的殘留信號的幅值和相位為：
5.根據權利要求1所述的基于腔式探頭的束團間信號混疊校準方法，其特征在于，所述步驟s3還包括：根據前一個束團的殘留信號的公式，得到模擬的第n個束團在混疊后的信號幅度的公式；和重復得到信號幅度的公式的步驟，直至模擬的所有束團在混疊后的信號波形均構造完成，以形成時域拼接波形。
6.根據權利要求1所述的基于腔式探頭的束團間信號混疊校準方法，其特征在于，基于矢量校準算法，第n個束團的校準結果為：
7.根據權利要求1所述的基于腔式探頭的束團間信號混疊校準方法，其特征在于，所述步驟s4還包括：獲取第n個束團的校準結果的幅值和相位；
8.根據權利要求7所述的基于腔式探頭的束團間信號混疊校準方法，其特征在于，最終輸出所有束團的校準結果的幅值和相位，n=2,3,……n，n為束團序數，n是無混疊基準信號的束團總個數。
9.根據權利要求1所述的基于腔式探頭的束團間信號混疊校準方法，其特征在于，對于n≥3時的第n個束團，在執行步驟s5時，將前一個束團的校準結果作為前一個束團的標準波形。
10.根據權利要求1所述的基于腔式探頭的束團間信號混疊校準方法，其特征在于，所述束團的重復頻率為1mhz。