X射线脉冲星导航系统模拟光源的研究

盛立志; 赵宝升; 吴建军; 周峰; 宋娟; 刘永安; 申景诗; 鄢秋荣; 邓宁勤; 胡慧君

doi:10.7498/aps.62.129702

摘要

介绍了X射线脉冲星导航地面模拟光源研究的必要性及非伺服的机械调制方法所存在的问题和缺陷, 提出了基于栅控X射线球管的X射线脉冲星辐射脉冲模拟方法, 通过电子光学设计计算, 对栅控X射线管的电极结构进行设计优化, 研制了栅控X射线管和脉冲星模拟光源装置.实验测试了栅控球管的性能, 测试结果与理论计算结果基本相符, 实现了对X射线的调制; 通过基于FPGA的直接数字频率合成方法, 产生脉冲星的任意形状脉冲轮廓电压信号, 加载至球管控制栅极, 并对其出射脉冲轮廓进行测试, 结果表明产生的X射线脉冲轮廓逼真程度在95%以上, 模拟源频率稳定度约为2×10-11.

关键词:

Abstract

As an autonomous navigation method, X-ray pulsar navigation can provide position, timing and attitude information for various spacecrafts. Since the X-rays (1-20 keV) from the pulsar can not penetrate the earth atmosphere, an X-ray source in laboratory needs to be set up to test and calibrate the detector. In this paper an arbitrary X-ray pulse source to simulate the neutron pulsar signal is proposed. The main components of the simulation source are a grid controlled X-ray tube and arbitrary pulse generation electronics. With the arbitrary pulse voltage applied to the tube grid, the X-ray intensity is controlled. Through electron optics design, the tube electrode parameters are optimized. A grid controlled X-ray tube is fabricated and tested. Using a micro-channel plate detector to detect and reconstruct the generated X-ray pulses, the similarity between the accumulated profile and the original pulsar profile is better than 95%. The frequency stability of the pulsar source emulator is about 2×10-11.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国科学院西安光学精密机械研究所, 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119;

2.
中国科学院大学, 北京 100039;

3.
无锡商业职业技术学院, 无锡 214153;

4.
山东航天电子技术研究所, 烟台 264670

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11103069)资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710119, China;

2.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China;

3.
Wuxi Institute of Commerce, Wuxi 214153, China;

4.
Shandong Aerospace Electro-Technology Institute, Yantai 264670, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11103069).

参考文献

[1]	Sheikh S I 2005 Ph. D. Dissertation (Maryland USA: University of Maryland)
[2]	Shuai P, Li M, Chen S L, Huang Z 2009 Principle and Method of X ray Pulsar Navigation System (Beijing: China Astronautic Publishing House) (in Chinese) [帅平, 李明, 陈绍龙, 黄震 2009 X射线脉冲星导航系统原理与方法(北京: 中国宇航出版社)]
[3]	Li J X, Ke X Z 2009 Sci. Sin. G: Pysica, Mechanica & Astronomica 39 311 (in Chinese) [李建勋, 柯熙政 2009 中国科学 G辑: 物理学, 力学, 天文学 39 311]
[4]	Sheikh S I, Pines D J, Ray P S, Wood K S, Lovellette M N, Wolff M T 2004 Proceedings of 14th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Conference Maui, HI, February 8-12, 2004 p105
[5]	Hu H J, Zhao B S, Sheng L Z, Yan Q R 2011 Acta Phys. Sin. 60 029701 (in Chinese) [胡慧君, 赵宝升, 盛立志, 鄢秋荣 2011 60 029701]
[6]	Zheng W, Sun S M, Tang G J 2010 1st China Satellite Navigation Conference Beijing, China, May 18-22, 2010 (in Chinese) [郑伟, 孙守明, 汤国建 2010 第一届中国卫星导航学术年会北京, 2010 5.18–22
[7]	Langmuir I 1913 Phys. Rev. 2 450
[8]	Langmuir I 1923 Phys. Rev. 21 419
[9]	Hua Z Y, Gu C X 1991 Electron Optics (Shanghai: Press of Fudan University) (in Chinese) [华中一, 顾昌芯 1991电子光学 (上海: 复旦大学出版社)]
[10]	Hu H J, Zhao B S, Sheng L Z, Sai X F, Yan Q R, Chen B M, Wang P 2012 Acta Phys. Sin. 61 019701 (in Chinese) [胡慧君, 赵宝升, 盛立志, 赛小锋, 鄢秋荣, 陈宝梅, 王朋 2012 61 019701]
[11]	Chen B M, Zhao B S, Hu H J, Yan Q R, Sheng L Z 2011 Chin. Opt. Lett. 9 060401
[12]	Sheng L Z, Zhao B S, Hu H J, Wang P, Yan Q R, Chen B M 2011 Proc. of SPIE 8196 81961C

施引文献

[1]	Sheikh S I 2005 Ph. D. Dissertation (Maryland USA: University of Maryland)
[2]	Shuai P, Li M, Chen S L, Huang Z 2009 Principle and Method of X ray Pulsar Navigation System (Beijing: China Astronautic Publishing House) (in Chinese) [帅平, 李明, 陈绍龙, 黄震 2009 X射线脉冲星导航系统原理与方法(北京: 中国宇航出版社)]
[3]	Li J X, Ke X Z 2009 Sci. Sin. G: Pysica, Mechanica & Astronomica 39 311 (in Chinese) [李建勋, 柯熙政 2009 中国科学 G辑: 物理学, 力学, 天文学 39 311]
[4]	Sheikh S I, Pines D J, Ray P S, Wood K S, Lovellette M N, Wolff M T 2004 Proceedings of 14th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Conference Maui, HI, February 8-12, 2004 p105
[5]	Hu H J, Zhao B S, Sheng L Z, Yan Q R 2011 Acta Phys. Sin. 60 029701 (in Chinese) [胡慧君, 赵宝升, 盛立志, 鄢秋荣 2011 60 029701]
[6]	Zheng W, Sun S M, Tang G J 2010 1st China Satellite Navigation Conference Beijing, China, May 18-22, 2010 (in Chinese) [郑伟, 孙守明, 汤国建 2010 第一届中国卫星导航学术年会北京, 2010 5.18–22
[7]	Langmuir I 1913 Phys. Rev. 2 450
[8]	Langmuir I 1923 Phys. Rev. 21 419
[9]	Hua Z Y, Gu C X 1991 Electron Optics (Shanghai: Press of Fudan University) (in Chinese) [华中一, 顾昌芯 1991电子光学 (上海: 复旦大学出版社)]
[10]	Hu H J, Zhao B S, Sheng L Z, Sai X F, Yan Q R, Chen B M, Wang P 2012 Acta Phys. Sin. 61 019701 (in Chinese) [胡慧君, 赵宝升, 盛立志, 赛小锋, 鄢秋荣, 陈宝梅, 王朋 2012 61 019701]
[11]	Chen B M, Zhao B S, Hu H J, Yan Q R, Sheng L Z 2011 Chin. Opt. Lett. 9 060401
[12]	Sheng L Z, Zhao B S, Hu H J, Wang P, Yan Q R, Chen B M 2011 Proc. of SPIE 8196 81961C

[1]	苏剑宇, 方海燕, 包为民, 孙海峰, 赵良. 航天器处X射线脉冲星观测信号模拟方法. , 2022, 71(22): 229701. doi: 10.7498/aps.71.20221097
[2]	方海燕, 丛少鹏, 孙海峰, 李小平, 苏剑宇, 张力, 沈利荣. 具有多物理特性的X射线脉冲星导航地面验证系统. , 2019, 68(8): 089701. doi: 10.7498/aps.68.20182232
[3]	徐能, 盛立志, 张大鹏, 陈琛, 赵宝升, 郑伟, 刘纯亮. X射线脉冲星导航动态模拟实验系统研制与性能测试. , 2017, 66(5): 059701. doi: 10.7498/aps.66.059701
[4]	方海燕, 刘兵, 李小平, 孙海峰, 薛梦凡, 沈利荣, 朱金鹏. 一种基于最优频段的X射线脉冲星累积轮廓时延估计方法. , 2016, 65(11): 119701. doi: 10.7498/aps.65.119701
[5]	周庆勇, 刘思伟, 郝晓龙, 姬剑锋, 贺珍妮, 张彩红. 空间X射线观测确定脉冲星星历表参数精度分析. , 2016, 65(7): 079701. doi: 10.7498/aps.65.079701
[6]	薛梦凡, 李小平, 孙海峰, 刘兵, 方海燕, 沈利荣. 一种新的X射线脉冲星信号模拟方法. , 2015, 64(21): 219701. doi: 10.7498/aps.64.219701
[7]	宋佳凝, 徐国栋, 李鹏飞. 多谐波脉冲星信号时延估计方法. , 2015, 64(21): 219702. doi: 10.7498/aps.64.219702
[8]	代锦飞, 赵宝升, 盛立志, 周雁楠, 陈琛, 宋娟, 刘永安, 李林森. 标定脉冲星导航探测器的荧光X射线光源. , 2015, 64(14): 149701. doi: 10.7498/aps.64.149701
[9]	马晓飞, 赵宝升, 盛立志, 刘永安, 刘舵, 邓宁勤. 用于空间X射线通信的栅极控制脉冲发射源研究. , 2014, 63(16): 160701. doi: 10.7498/aps.63.160701
[10]	贝晓敏, 帅平, 黄良伟, 孙海峰, 吴耀军, 张倩. 一种脉冲星信号模拟新方法. , 2014, 63(21): 219701. doi: 10.7498/aps.63.219701
[11]	孙海峰, 谢楷, 李小平, 方海燕, 刘秀平, 傅灵忠, 孙海建, 薛梦凡. 高稳定度X射线脉冲星信号模拟. , 2013, 62(10): 109701. doi: 10.7498/aps.62.109701
[12]	周峰, 吴光敏, 赵宝升, 盛立志, 宋娟, 刘永安, 鄢秋荣, 邓宁勤, 赵建军. 基于X射线脉冲星导航的模拟调制仿真源研究. , 2013, 62(11): 119701. doi: 10.7498/aps.62.119701
[13]	周庆勇, 姬剑锋, 任红飞. X射线脉冲星自主导航的观测方程. , 2013, 62(13): 139701. doi: 10.7498/aps.62.139701
[14]	周庆勇, 姬剑锋, 任红飞. 非等间隔计时数据的X射线脉冲星周期快速搜索算法. , 2013, 62(1): 019701. doi: 10.7498/aps.62.019701
[15]	谢强, 许录平, 张华, 罗楠. X射线脉冲星累积轮廓建模及信号辨识. , 2012, 61(11): 119701. doi: 10.7498/aps.61.119701
[16]	王朋, 赵宝升, 盛立志, 胡慧君, 鄢秋荣. X射线脉冲星导航系统导航精度的研究. , 2012, 61(20): 209702. doi: 10.7498/aps.61.209702
[17]	胡慧君, 赵宝升, 盛立志, 赛小锋, 鄢秋荣, 陈宝梅, 王朋. 用于脉冲星导航的X射线光子计数探测器研究. , 2012, 61(1): 019701. doi: 10.7498/aps.61.019701
[18]	张华, 许录平, 谢强, 罗楠. 基于Bayesian估计的X射线脉冲星微弱信号检测. , 2011, 60(4): 049701. doi: 10.7498/aps.60.049701
[19]	胡慧君, 赵宝升, 盛立志, 鄢秋荣. 基于X射线脉冲星导航的地面模拟系统研究. , 2011, 60(2): 029701. doi: 10.7498/aps.60.029701
[20]	苏哲, 许录平, 王婷. X射线脉冲星导航半物理仿真实验系统研究. , 2011, 60(11): 119701. doi: 10.7498/aps.60.119701

计量

文章访问数: 7384
PDF下载量: 844
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板