一種x射線脈沖探測系統信號處理方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于航天深空探測和X射線探測技術領域，特別涉及一種X射線脈沖探測系統信號處理方法。
【背景技術】
[0002]在深空探測領域，中子星發出的X射線作為一個穩定的基準，可以作為導航參考，而到達近地軌道后的光譜能量只有單光子量級。為了重建脈沖星波形，需要精確得到每個光子到達的時間和幅值。
[0003]目前的X射線脈沖探測，采用比較器加計數器的系統架構，該系統只能得到脈沖時間信息，而無法得到幅值信息，并且時間精度由脈沖跳變沿觸發比較器決定，不同強度的脈沖觸發時刻不同造成了系統時間誤差較大。同時，采用比較器的方式，數字濾波的閾值固定，在衛星上無法調節，受噪聲影響系統精度下降。在消除時鐘漂移時，通常采用原子鐘整秒復位本地時鐘，由于時鐘的非同步，這種復位每次都會存在誤差，誤差逐漸積累，也是系統時間探測精度較低的原因。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種X射線脈沖探測系統信號處理方法，該方法對探測器輸出的脈沖信號進行高頻采樣和量化，并進行閾值濾波和峰值檢測，得到精確的脈沖幅度信息；而且本發明利用本地晶振記錄了本地采樣時間，并同時對接收到的原子鐘脈沖計數、記錄GPS時間，處理模塊可以利用原子鐘脈沖計數結果對本地采樣時間進行校正，從而解決了探測器系統的時鐘漂移問題；因而處理模塊可以根據本發明方法輸出的結果實現X射線脈沖信號探測。
[0005]本發明的上述目的通過以下方案實現:
[0006]一種X射線脈沖探測系統信號處理方法，包括如下步驟:
[0007](I)、接收M個探測器輸出的M路脈沖信號，以及原子鐘秒脈沖和GPS時間，分別進行如下處理:
[0008](Ia)、利用AD模塊對M個探測器輸出的M路脈沖信號進行AD變換，得到M路數字信號，并采用本地晶振對所述M路數字信號進行計時，得到本地采樣時間并計時，M為正整數；
[0009](Ib)、采用本地晶振對原子鐘秒脈沖進行計數并記錄，同時記錄GPS時間；
[0010](2)、分別對步驟⑴得到的M路數字信號進行數字濾波，得到M路數字濾波信號，具體濾波方法如下:將所述數字信號的幅值與設定的濾波閾值Ath進行比較:如果
Xm(n) |〈Ath，則數字濾波信號ym(n) =0;如果|xm(n)|彡Ath，則數字濾波信號ym(n)=xm(η);其中，X111(Ii)為第m路數字信號，m = 1、2、…、M，n = 1、2、…、N，M和N均為正整數；
[0011](3)、對步驟(2)濾波得到的M路數字濾波信號進行峰值檢索，得到M路脈沖峰值信號，并記錄所述峰值對應的本地時間值；
[0012](4)、將步驟(Ia)記錄的本地采樣時間、步驟(Ib)記錄的原子鐘秒脈沖計數結果和GPS時間，以及步驟(3)記錄的M路脈沖峰值信號和所述峰值對應的本地時間值，輸出到外部處理模塊。
[0013]上述的X射線脈沖探測系統信號處理方法，在步驟(2)中，根據工作環境設定濾波閾值Ath的初值，然后根據每秒鐘接收到的光子數進行在線實時調整，具體調整方法如下:如果在步驟(3)中每秒檢索到的脈沖峰值個數L〈L1，則將濾波閾值降低adelt，即Ath=Ath-adelt;如果在步驟(3)中每秒檢索到的脈沖峰值個數L>L2，則將濾波閾值提高a delt,即Ath= Ath+adelt;其中，LI為設定的光子數最低門限值，L2為設定的光子數最高門限值，且L1<L2 ;L、LI和L2為正整數；adelt為設定的調整幅度。
[0014]上述的X射線脈沖探測系統信號處理方法，在步驟(3)中，進行峰值檢索的方法如下:
[0015]在第m路數字濾波信號ym(n)中，如果檢測到Qup個幅度連續單調遞增數據，并在間隔Q個數據后之后又檢測到Qdmm個幅度連續單調遞減數值，并且Q _和Q dOTtn滿足如下條件:QUP》Qthl且Qd。?》Qth2,則對所述的(QUP+Q+QJ個數據進行比較得到幅度最大值；將所述最大值對應的數據作為脈沖峰值信號進行保存，并記錄所述峰值信號對應的本地采樣時間；其中，Qthl和Q th2分別為設定的上升沿判決門限值和下降沿判決門限值；Q、QujP Q down為正整數。
[0016]上述的X射線脈沖探測系統信號處理方法，在步驟(4)中，外部處理模塊根據原子鐘秒脈沖計數結果對本地采樣時間進行校正，具體校正算法如下:如果在Tl秒的記錄時間內，本地晶振對原子鐘秒脈沖的計數結果為T2，則本地晶振的鐘漂為(T2-T1)/T1 ;然后利用所述鐘漂計算結果對本地采樣時間進行校正。
[0017]上述的X射線脈沖探測系統信號處理方法，在步驟(4)中，外部處理模塊根據記錄的GPS時間，確定原子鐘秒脈沖和本地采樣時間對應的地球時。
[0018]上述的X射線脈沖探測系統信號處理方法，在步驟⑴中，AD模塊的采樣頻率為探測器輸出的脈沖信號頻率的5?10倍。
[0019]本發明與現有技術相比，具有以下優點:
[0020](I)、本發明的信號處理方法，利用本地晶振記錄探測器脈沖數字信號的本地采樣時間，并同時對原子鐘脈沖進行計數，通過長時間的檢測，可以利用該原子鐘脈沖的計數結果計算本地晶振的鐘漂，并利用該鐘漂值對本地采樣時間進行校正，從而得到精確的X射線脈沖信號的時間信息；
[0021](2)、本發明的信號處理方法，對探測器輸出的脈沖信號進行高速采樣和量化，然后進行閾值濾波和脈沖峰值搜索，其中，閾值濾波的閾值可以根據整星標定測試，并可以進行在線實時調整，滿足深空探測時復雜環境變化要求，該濾波方法可以有效降低噪聲對X射線脈沖探測的影響，從而得到精確的X射線脈沖信號的幅度信息。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的一種X射線脈沖探測系統信號處理方法的處理框圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的描述:
[0024]本發明提供的X射線脈沖探測系統信號處理方法，用于精確測量X射線脈沖的幅度和時間，該方法包括如下步驟:
[0025](I)、接收M個探測器輸出的M路脈沖信號，以及原子鐘秒脈沖和GPS時間，分別進行如下處理:
[0026](Ia)、利用AD模塊對M個探測器輸出的M路脈沖信號進行AD變換，得到M路數字信號，并采用本地晶振對所述M路數字信號進行計時，得到本地采樣時間。其中，AD模塊的采樣頻率需要滿足奈奎斯特采樣定律，采樣頻率越高，時間測量精度越高，綜合考慮硬件成本和采樣精度，通常選擇采樣頻率為脈沖信號頻率的5?10倍。
[0027](Ib)、采用本地晶振對原子鐘秒脈沖進行計數并記錄，同時記錄GPS時間；其中，該GPS時間根據整星廣播實時更新。
[0028](2)、在FPGA中分別對步驟⑴得到的M路數字信號進行數字濾波，得到M路數字濾波信號，具體濾波方法如下:將所述數字信號的幅值與設定的濾波閾值Ath進行比較:如果|xm(n) |〈Ath，則數字濾波信號7111(11) =0;如果I Xm (η) I彡Ath，則數字濾波信號ym(n)=xm(n);其中，xm(n)為第m路數字信號，m = 1、2、…、M，n = 1、2、…、N，M和N均為正整數。
[0029]該步驟的閾值濾波處理可以降低電路噪聲對脈沖峰值搜索的影響。由于該電路噪聲受環境溫度影響很大，而且衛星與地面測試存在溫度差異，因此預先進行衛星實測時記錄噪聲信息，根據記錄的測試數據設定各應用環境的濾波閾值。在工程實現時，還可以根據脈沖峰值搜索結果實時調整濾波閾值。具體調整方法如下:如果每秒檢索到的脈沖峰值個數(即檢測到的光