具有能級測量功能的x射線脈沖星導航電子學讀出裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于脈沖星導航領域，設及一種具有能級測量功能的X射線脈沖星導航電 子學讀出裝置，可用于驗證X射線探測器技術W及作為脈沖星導航地面模擬系統的重要組 成部分。
【背景技術】
[0002] 脈沖星屬于高速自轉的中子星，且具有良好的周期穩定性，被譽為自然界最穩定 的天文時鐘。在X射線頻段上福射信號的脈沖星叫做X射線脈沖星。X射線脈沖星導航是 在航天器上安裝X射線探測器，探測脈沖星福射的X射線光子，測量脈沖達到時間和提取脈 沖星影像信息，經過相應的信號和數據處理，航天器能夠自主地、高精度地確定軌道、時間 和姿態等導航參數，實現X射線脈沖星導航。X射線脈沖星導航是W脈沖到達時間和影像信 息作為基本觀測量，不同于傳統的天文導航模式，具有類似于現代衛星導航系統的基本原 理。X射線脈沖星導航具有不受人為破壞和干擾、不受近地空間范圍限制、不需要建立額外 的地平信息等優點。
[0003] 由于空間飛行試驗系統復雜，成本巨大，目前國內正在逐步搭建完善的X射線脈 沖星導航地面模擬系統，W便在實驗室環境下高精度地模擬X射線脈沖星信號，驗證探測 器技術、數據處理方法及導航方案等，研究X射線脈沖星導航技術。
[0004] 目前國內X射線脈沖星導航地面模擬系統中的電子學讀出裝置主要側重光子到 達時間信息的讀取，W用于進行時間轉換、脈沖到達時間解算、脈沖輪廓恢復及導航算法驗 證等方面的研究，但都不具有X射線脈沖星信號的能級測量功能，制約了X射線探測器技術 的研究，W及在不同能級范圍下，X射線脈沖星福射機理、物理特征和理論模型等方面的研 究。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于針對現有電子學讀出裝置只能讀出光子到達時間信息的缺陷， 提出了一種具有能級測量功能的X射線脈沖星導航電子學讀出裝置，W同時實現X射線脈 沖星信號的光子到達時間讀取和能級測量。
[0006] 為實現上述目的，本發明包括放大器電路、模數轉換器、數字信號處理單元和通信 接口，其特征在于：
[0007] 所述的數字信號處理單元包括：
[000引數字逆濾波器，用于對模數轉換器輸出的數字化探測器信號進行濾波，獲得包含 光子到達時間信息和能級信息的數字脈沖信號，輸出至光子信息讀出模塊；
[0009] 光子信息讀出模塊，用于對輸入的數字脈沖信號進行時間標記和能級檢測，獲得 光子到達時間信息和能級信息，輸出至通信接口。
[0010] 上述裝置，其特征在于所述的數字逆濾波器，包括延遲單元、第一乘法器、加法器 和第二乘法器；
[0011] 該延遲單元將輸入的數字化探測器信號延遲一個時鐘周期，通過第一乘法器與第 一系數(^-1)相乘，其相乘結果通過加法器與模數轉換器輸出的數字化探測器信號相 從.'L 加；該相加結果通過第二乘法器與第二系數RCf,相乘，輸出至光子信息讀出模塊，其中R表 示探測器等效電阻，C表示探測器等效電容，f,表示模數轉換器的采樣率。
[0012] 上述裝置，其特征在于所述的光子信息讀出模塊，包括：
[0013] 時間標記子模塊，用于對數字逆濾波器輸出的數字脈沖信號進行時間標記，獲得 光子到達時間信息，輸出至先入先出隊列；
[0014] 能級檢測子模塊，用于對數字逆濾波器輸出的數字脈沖信號進行能級檢測，獲得 光子的能級信息，輸出至先入先出隊列；
[0015] 先入先出隊列，用于緩存輸入的光子到達時間信息和能級信息，輸出至通信接口。
[0016] 本發明具有如下優點：
[0017] 1.本發明通過數字逆濾波器對數字化的X射線探測器輸出信號進行數字濾波，能 得到包含光子到達時間和能級信息的數字脈沖信號；
[0018] 2.本發明通過光子信息讀出單元對數字逆濾波器輸出的數字脈沖信號進行時間 標記和能級檢測，能夠實現光子到達時間和能級的同時測量，彌補了現有電子學讀出裝置 只能夠讀出光子到達時間的缺陷。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明的結構框圖；
[0020] 圖2是本發明中的數字逆濾波器框圖；
[0021] 圖3是本發明中的光子信息讀出模塊框圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
[0023] 參照圖1，本發明具有能級測量功能的X射線脈沖星導航電子學讀出裝置，包括： 放大器電路1、模數轉換器2、數字信號處理單元3和通信接口 4 ;其中：
[0024] 放大器電路1由電荷靈敏前置放大器和線性放大器構成；
[0025] 模數轉換器2采用但不局限于12位精度的AD9926,采樣率為50MSPS;
[0026] 數字信號處理單元3采用可編程邏輯器件來實現，其包括數字逆濾波器31和光子 信息讀出單元32 ;
[0027] 通信接口 4選擇但不局限于通用異步串行接口，通信的波特率為4Mbps，保證了數 據的高速傳輸。
[002引參照圖2，所述數字逆濾波器31，其包括延遲單元311、第一乘法器312、加法器313和第二乘法器314;延遲單元311將輸入的數字化探測器信號延遲一個時鐘周期，通過第一 乘法器312與第一系數(^-1>相乘，其相乘結果通過加法器313與模數轉換器2輸出的 數字化探測器信號相加；該相加結果通過第二乘法器314與第二系數RCf,相乘，輸出至光 子信息讀出模塊32,其中R表示探測器等效電阻，C表示探測器等效電容，f,表示模數轉換 器2的采樣率。
[0029] 參照圖3,所述光子信息讀出模塊32,包括時間標記子模塊321、能級檢測子模塊 322和先入先出隊列323 ;該時間標記子模塊321，用于對數字逆濾波器31輸出的數字脈沖 信號進行時間標記，獲得光子到達時間信息，輸出至先入先出隊列323 ;該能級檢測子模塊 322,用于對數字逆濾波器31輸出的數字脈沖信號進行能級檢測，獲得光子的能級信息，輸 出至先入先出隊列323 ;該先入先出隊列323,用于緩存輸入的光子到達時間信息和能級信 息，輸出至通信接口 4。
[0030] 本發明的工作原理如下：
[0031] 放大器電路1對探測器輸出的信號進行放大，實現阻抗匹配并提高信號的信噪 比；模數轉換器2將放大器電路1輸出的模擬信號轉換成數字信號；該數字信號通過數字 逆濾波器31進行數字濾波，得到包含光子到達時間信息和能級信息的數字脈沖信號輸出 給光子信息讀出單元32 ;光子信息讀出單元32對該數字脈沖信號進行時間標記和能級檢 巧。，獲得光子到達時間信息和能級信息，再通過通信接口 4傳輸到計算機或其他終端設備 進行處理。
[0032] 本實施例僅是對本發明的參考說明，并不構成對本
【發明內容】
的任何限制，顯然對 于本領域的專業人員來說，在了解本
【發明內容】
和原理后，都可能在不背離本發明原理、結構 的情況下，進行形式和細節上的各種修正和改變，但是該些基于本發明思想的修正和改變 仍在本發明的權利要求保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種具有能級測量功能的X射線脈沖星導航電子學讀出裝置，包括放大器電路（I)、 模數轉換器（2)、數字信號處理單元（3)和通信接口（4)，其特征在于： 所述數字信號處理單元（3)包括： 數字逆濾波器（31)，用于對模數轉換器（2)輸出的數字化探測器信號進行濾波，獲得 包含光子到達時間信息和能級信息的數字脈沖信號，輸出至光子信息讀出模塊（32); 光子信息讀出模塊（32)，用于對輸入的數字脈沖信號進行時間標記和能級檢測，獲得 光子到達時間信息和能級信息，輸出至通信接口（4)。
2. 根據權利要求1所述的具有能級測量功能的X射線脈沖星導航電子學讀出裝置，其 特征在于數字逆濾波器（31)，包括延遲單元（311)、第一乘法器（312)、加法器（313)和第二 乘法器（314); 所述延遲單元（311)將輸入的數字化探測器信號延遲一個時鐘周期，通過第一乘法器 (312)與第一系數
相乘，其相乘結果通過加法器（313)與模數轉換器（2)輸出的 數字化探測器信號相加；該相加結果通過第二乘法器（314)與第二系數RCfs相乘，輸出至 光子信息讀出模塊（32)，其中R表示探測器等效電阻，C表示探測器等效電容，4表示模數 轉換器（2)的采樣率。
3. 根據權利要求1所述的具有能級測量功能的X射線脈沖星導航電子學讀出裝置，其 特征在于光子信息讀出模塊（32)，包括： 時間標記子模塊（321)，用于對數字逆濾波器（31)輸出的數字脈沖信號進行時間標 記，獲得光子到達時間信息，輸出至先入先出隊列（323); 能級檢測子模塊（322)，用于對數字逆濾波器（31)輸出的數字脈沖信號進行能級檢 測，獲得光子的能級信息，輸出至先入先出隊列（323); 先入先出隊列（323)，用于緩存輸入的光子到達時間信息和能級信息，輸出至通信接口
【專利摘要】本發明公開了一種具有能級測量功能的X射線脈沖星導航電子學讀出裝置，主要解決現有裝置無法同時測量光子到達時間和能級的問題，其包括放大器電路(1)、模數轉換器(2)、數字信號處理單元(3)和通信接口(4)。放大器電路(1)對探測器輸出的信號進行放大，實現阻抗匹配并提高信號的信噪比；模數轉換器(2)將經過放大器電路放大后的探測器輸出信號轉換為數字信號；數字信號處理單元(3)包括數字逆濾波器和光子信息讀出模塊，實現光子到達時間和能級的同時測量，并通信接口(4)將其測量結果傳輸到計算機或其他終端設備進行處理。本發明能同時實現對光子到達時間的讀出和能級測量，可用于X射線探測器驗證及脈沖星導航地面模擬系統。
【IPC分類】G01C21-24, G01C25-00
【公開號】CN104748765
【申請號】CN201510155354
【發明人】方海燕, 劉彥明, 謝楷, 李小平, 賈靜, 孫海峰, 劉洋
【申請人】西安電子科技大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月2日