一種基于隨機(jī)單光子發(fā)射機(jī)制的x射線脈沖星信號(hào)模擬源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于隨機(jī)單光子發(fā)射機(jī)制的X射線脈沖星信號(hào)模擬源。使用本發(fā)明能夠在實(shí)驗(yàn)室模擬X射線脈沖星的輻射特性，為X射線脈沖星導(dǎo)航系統(tǒng)提供地面試驗(yàn)平臺(tái)。X射線脈沖星信號(hào)模擬源包括X射線脈沖星輪廓數(shù)據(jù)生成器、X射線脈沖星脈沖輪廓調(diào)制器、時(shí)間頻率綜合器、X射線信號(hào)發(fā)生器、準(zhǔn)直器和減光濾光器。采用反函數(shù)隨機(jī)數(shù)生成法實(shí)現(xiàn)脈沖星光子達(dá)到時(shí)間數(shù)據(jù)序列的生成及空間在軌動(dòng)態(tài)效應(yīng)和大尺度時(shí)空效應(yīng)的加載，采用高穩(wěn)定時(shí)間頻率綜合系統(tǒng)，脈沖周期穩(wěn)定度為10-13量級(jí)，采用光激發(fā)X射線發(fā)生器，可以實(shí)現(xiàn)X射線脈沖星輻射信號(hào)的模擬，輻射能譜1～15keV，輻射流強(qiáng)為1～10-5ph/s/cm2，脈沖輪廓逼近度95%以上。
【專利說(shuō)明】一種基于隨機(jī)單光子發(fā)射機(jī)制的X射線脈沖星信號(hào)模擬源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密光機(jī)電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于隨機(jī)單光子發(fā)射機(jī)制的X射線脈沖星信號(hào)模擬源。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線脈沖星導(dǎo)航是以脈沖星輻射的X射線信號(hào)作為信息輸入，通過(guò)X射線探測(cè)器測(cè)量X射線光子到達(dá)時(shí)間信息，提取X射線脈沖星累積脈沖輪廓，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的信號(hào)和數(shù)據(jù)處理測(cè)量脈沖到達(dá)時(shí)間Τ0Α，作為脈沖星自主導(dǎo)航算法的基本輸入量，經(jīng)過(guò)卡爾曼濾波迭代計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)為近地軌道、深空和星際空間飛行的航天器提供高精度的位置、速度、時(shí)間和姿態(tài)等導(dǎo)航信息。
[0003]為試驗(yàn)驗(yàn)證X射線脈沖星自主導(dǎo)航系統(tǒng)可行性，評(píng)價(jià)X射線脈沖星自主導(dǎo)航算法的合理性，驗(yàn)證X射線脈沖星導(dǎo)航探測(cè)器關(guān)鍵技術(shù)及定量測(cè)試探測(cè)器的技術(shù)指標(biāo)，需要對(duì)X射線脈沖星信號(hào)進(jìn)行模擬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于隨機(jī)單光子發(fā)射機(jī)制的X射線脈沖星信號(hào)模擬源，能夠在實(shí)驗(yàn)室模擬X射線脈沖星的的輻射特性，如能譜、周期、輪廓、流強(qiáng)、平行束等，為X射線脈沖星導(dǎo)航系統(tǒng)提供地面試驗(yàn)平臺(tái)。
[0005]本發(fā)明的基于隨機(jī)單光子發(fā)射機(jī)制的X射線脈沖星信號(hào)模擬源，包括:X射線脈沖星輪廓數(shù)據(jù)生成器、X射線脈沖星脈沖輪廓調(diào)制器、時(shí)間頻率綜合器、X射線信號(hào)發(fā)生器、準(zhǔn)直器和減光濾光器；其中，X射線脈沖星輪廓數(shù)據(jù)生成器、X射線脈沖星脈沖輪廓調(diào)制器、時(shí)間頻率綜合器、X射線信號(hào)發(fā)生器、準(zhǔn)直器和減光濾光器依次串聯(lián)，時(shí)間頻率綜合器與X射線脈沖星脈沖輪廓調(diào)制器相連；
[0006]其中，X射線脈沖輪廓數(shù)據(jù)生成器根據(jù)X射線脈沖星數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，結(jié)合大尺度空間效應(yīng)及在軌動(dòng)態(tài)效應(yīng)生成表示X射線光子到達(dá)時(shí)間的數(shù)據(jù)序列；
[0007]X射線脈沖星輪廓調(diào)制器接收X射線光子到達(dá)時(shí)間的數(shù)據(jù)序列，生成對(duì)應(yīng)的表征達(dá)到時(shí)間的電壓脈沖信號(hào)，用于調(diào)制與驅(qū)動(dòng)X射線信號(hào)發(fā)生器；
[0008]時(shí)間頻率綜合器為X射線脈沖星脈沖輪廓調(diào)制器提供穩(wěn)定的時(shí)間頻率；
[0009]X射線信號(hào)發(fā)生器接收與X射線脈沖星輪廓一致的電壓脈沖信號(hào)，生成相應(yīng)的X射線脈沖信號(hào)；
[0010]準(zhǔn)直器對(duì)X射線脈沖信號(hào)的發(fā)散角進(jìn)行調(diào)控，使其以準(zhǔn)平行光束輸出；
[0011]減光濾光器對(duì)準(zhǔn)直器輸出的平行X射線輻射流強(qiáng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
[0012]本發(fā)明的X射線脈沖星信號(hào)模擬源還包括標(biāo)校模塊，對(duì)生成的X射線脈沖星模擬信號(hào)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定與測(cè)試，并對(duì)X射線脈沖星信號(hào)源的品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0013]其中，在所述X射線脈沖輪廓數(shù)據(jù)生成器中，采用反函數(shù)法生成X射線光子到達(dá)時(shí)間序列:[0014]X射線光子隨機(jī)到達(dá)時(shí)間數(shù)據(jù)tn+1為
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種基于隨機(jī)單光子發(fā)射機(jī)制的X射線脈沖星信號(hào)模擬源，其特征在于，包括:x射線脈沖星輪廓數(shù)據(jù)生成器、X射線脈沖星脈沖輪廓調(diào)制器、時(shí)間頻率綜合器、X射線信號(hào)發(fā)生器、準(zhǔn)直器和減光濾光器；其中，X射線脈沖星輪廓數(shù)據(jù)生成器、X射線脈沖星脈沖輪廓調(diào)制器、時(shí)間頻率綜合器、X射線信號(hào)發(fā)生器、準(zhǔn)直器和減光濾光器依次串聯(lián)，時(shí)間頻率綜合器與X射線脈沖星脈沖輪廓調(diào)制器相連； 其中，X射線脈沖輪廓數(shù)據(jù)生成器根據(jù)X射線脈沖星數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，結(jié)合大尺度空間效應(yīng)及在軌動(dòng)態(tài)效應(yīng)生成表示X射線光子到達(dá)時(shí)間的數(shù)據(jù)序列； X射線脈沖星輪廓調(diào)制器接收X射線光子到達(dá)時(shí)間的數(shù)據(jù)序列，生成對(duì)應(yīng)的表征達(dá)到時(shí)間的電壓脈沖信號(hào)，用于調(diào)制與驅(qū)動(dòng)X射線信號(hào)發(fā)生器； 時(shí)間頻率綜合器為X射線脈沖星脈沖輪廓調(diào)制器提供穩(wěn)定的時(shí)間頻率； X射線信號(hào)發(fā)生器接收與X射線脈沖星輪廓一致的電壓脈沖信號(hào)，生成相應(yīng)的X射線脈沖信號(hào)； 準(zhǔn)直器對(duì)X射線脈沖信號(hào)的發(fā)散角進(jìn)行調(diào)控，使其以準(zhǔn)平行光束輸出； 減光濾光器對(duì)準(zhǔn)直器輸出的平行X射線輻射流強(qiáng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
2.如權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)單光子發(fā)射機(jī)制的X射線脈沖星信號(hào)模擬源，其特征在于，還包括標(biāo)校模塊，對(duì)生成的X射線脈沖星模擬信號(hào)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定與測(cè)試，并對(duì)X射線脈沖星信號(hào)源的品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)單光子發(fā)射機(jī)制的X射線脈沖星信號(hào)模擬源，其特征在于，在所述X射線脈沖輪廓數(shù)據(jù)生成器中，采用反函數(shù)法生成X射線光子到達(dá)時(shí)間序列: X射線光子隨機(jī)到達(dá)時(shí)間數(shù)據(jù)tn+Ι為
4.如權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)單光子發(fā)射機(jī)制的X射線脈沖星信號(hào)模擬源，其特征在于，所述X射線脈沖星脈沖輪廓調(diào)制器包括DDS調(diào)制器和激光器驅(qū)動(dòng)電路；所述DDS調(diào)制器包括開(kāi)啟控制器、計(jì)時(shí)器、相位累加器、數(shù)據(jù)查找表、判別器和脈沖發(fā)生器，其中，計(jì)時(shí)器與開(kāi)啟控制器、判別器、時(shí)間頻率綜合器相連，數(shù)據(jù)查找表和相位累加器、判別器相連，脈沖發(fā)生器和判別器相連；DDS調(diào)制方法如下:首先將X射線脈沖輪廓數(shù)據(jù)生成器產(chǎn)生的光子到達(dá)時(shí)間數(shù)據(jù)下載到數(shù)據(jù)查找表中，相位累加器用以產(chǎn)生數(shù)據(jù)查詢的地址信息，其初始值指向數(shù)據(jù)查找表的第一個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)，在開(kāi)啟控制器的控制下啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器的輸出時(shí)間數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)查找表的時(shí)間數(shù)據(jù)同時(shí)送入判別器，當(dāng)判別器判斷計(jì)時(shí)器的輸出時(shí)間數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)查找表的時(shí)間數(shù)據(jù)相等時(shí)輸出一觸發(fā)信號(hào)，該觸發(fā)信號(hào)驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器輸出一納秒級(jí)電脈沖，同時(shí)驅(qū)動(dòng)相位累加器加1，依次重復(fù)循環(huán)操作，完成光子到達(dá)時(shí)間數(shù)據(jù)到表示時(shí)間的電脈沖的轉(zhuǎn)換。
5.如權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)單光子發(fā)射機(jī)制的X射線脈沖星信號(hào)模擬源，其特征在于，X射線信號(hào)發(fā)生器由半導(dǎo)體激光器、光陰極X射線發(fā)生器組成，所述光陰極X射線發(fā)生器包括激光擴(kuò)束器、減光器和光激發(fā)X射線發(fā)生器，其中，所述光激發(fā)X射線發(fā)生器包括外殼、光電陰極、陽(yáng)極祀和輸出窗；其中，其中，外殼含有兩個(gè)窗口分別放置光電陰極和X射線輸出窗，陽(yáng)極靶放置于外殼內(nèi)部，對(duì)陽(yáng)極靶加載高壓電源，從而在光電陰極和陽(yáng)極靶之間產(chǎn)生高壓電場(chǎng)；X射線脈沖星脈沖輪廓調(diào)制器輸出的脈沖電壓信號(hào)加載到半導(dǎo)體激光器上產(chǎn)生模擬調(diào)制的光信號(hào)，光信號(hào)經(jīng)激光器擴(kuò)束器擴(kuò)展后完成覆蓋光激發(fā)X射線發(fā)生器的光電陰極，光電陰極受到激光照射時(shí)，產(chǎn)生光電子并經(jīng)高壓電場(chǎng)加速后轟擊陽(yáng)極靶，產(chǎn)生X射線輻射，最后經(jīng)X射線出射窗口輸出；減光器放置在激光擴(kuò)束器和光電陰極中間，用以調(diào)節(jié)激光的輸出功率強(qiáng)度。
6.如權(quán)利要求1所 述的基于隨機(jī)單光子發(fā)射機(jī)制的X射線脈沖星信號(hào)模擬源，其特征在于，準(zhǔn)直器采用毛細(xì)管X射線透鏡，所述毛細(xì)管X射線透鏡由(30~50) X IO4根X光子導(dǎo)管組成；所述X光子導(dǎo)管是內(nèi)表面非常光滑的空心毛細(xì)導(dǎo)管。
7.如權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)單光子發(fā)射機(jī)制的X射線脈沖星信號(hào)模擬源，其特征在于，所述減光濾光器為N層金屬箔，N≥I。
8.如權(quán)利要求2所述的基于隨機(jī)單光子發(fā)射機(jī)制的X射線脈沖星信號(hào)模擬源，其特征在于，所述標(biāo)校模塊由X射線輻射流強(qiáng)標(biāo)定單元、周期穩(wěn)定度標(biāo)定單元和脈沖輪廓吻合度標(biāo)定單元組成；X射線輻射流強(qiáng)標(biāo)定單元用來(lái)完成模擬X射線輻射源輻射強(qiáng)度的標(biāo)定；周期穩(wěn)定度標(biāo)定單元用來(lái)測(cè)試模擬的脈沖星X射線信號(hào)的周期穩(wěn)定度；脈沖輪廓吻合度標(biāo)定單元用來(lái)檢測(cè)模擬的脈沖輪廓參數(shù)與真實(shí)的脈沖輪廓符合度。
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK103697908SQ201310618168
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】胡慧君, 邵飛, 徐延庭, 紀(jì)春恒, 宮超林, 王瑞 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一三研究所