1 陆军工程大学石家庄校区 电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 微纳制造与系统集成研究中心, 重庆 400714
3 北京空间机电研究所, 北京 100076
针对脉冲星导航对软X射线探测的实际要求, 研究分析了一种基于石墨烯电场效应的软X射线探测器的性能。通过理论计算, 并利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件, 给出了探测器时间分辨率和能量分辨率的估值公式。在5.9keV软X射线入射硅吸收层的情况下, 时间分辨率的理论值可达7.2ns, 能量分辨率的理论值约为90eV(1.5%)。结果表明, 该探测器能够初步满足脉冲星软X射线的探测需求。
软X射线 探测器 有限元仿真 石墨烯 电场效应 脉冲星导航 soft X-ray detector finite element simulation graphene electric field effect pulsar-based navigation
山东航天电子技术研究所, 山东 烟台 264000
龙虾眼光学聚焦系统是一种模仿龙虾视觉的光学系统,适用于卫星平台上的软X射线成像探测.根据掠入射原理, 分析和计算了Angel型龙虾眼光学系统采用不同金属镀膜时光子能量和全反射临界角、反射率的定量关系; 提出一种计算龙虾眼光学系统有效探测面积的方法, 推导了相关的理论计算公式并进行了蒙特卡罗仿真试验, 理论计算值与蒙特卡罗仿真结果吻合很好, 龙虾眼X射线光学系统在1~10 keV能段的有效面积与光子能量近似呈负指数关系, 具体的参量与镀膜的粗糙度有关.
X射线探测 脉冲星导航 光学聚焦系统 反射率 有效面积 X-ray detection Pulsa navigation Optical focusing system Reflectivity Effective area
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光子学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 地理信息工程国家重点实验室, 陕西 西安 710054
针对X射线脉冲星导航与X射线空间通信的需求，对多层嵌套式X射线聚焦光学器件进行研制与实验标定。根据掠入射原理，对聚焦透镜进行理论设计，确定聚焦透镜的关键参数。讨论聚焦透镜的材料、镀膜等研制工艺。分别在可见光与X射线条件下测试了聚焦透镜的性能参数。结果表明测得可见光焦斑直径为14 mm，X射线焦斑直径为20 mm，在10 m真空管道中测得光子能量为1.5 keV时聚焦效率为30.2%，有效面积为2400 mm2。
X射线光学 X射线聚焦光学器件 X射线掠入射 X射线脉冲星导航 有效面积 聚焦效率
北京师范大学 核科学与技术学院, 北京 100875
设计了一种基于方形多毛细管X射线透镜的X射线探测系统,该系统具有较小的X射线收集角。方形多毛细管X射线透镜是一种基于X射线全反射的X射线调控器件, 可将大面积范围内的X射线汇聚至X射线CCD探测器。通过测定X射线在方形多毛细管X射线透镜中的传输特性、建立数据模型, 可校正X射线CCD所测数据并还原透镜入口端的入射X射线信息。通过光线轨迹追踪方法模拟了方形多毛细管X射线透镜的传输特性。结果表明, 该系统适合探测能量低于21.5 keV的X射线, 用于大面积成像; 也适合探测能量低于14.6 keV的X射线, 用于提高探测效率。该系统不仅可用于诸如X射线脉冲星导航等特殊应用, 也可用于常规X射线探测。
X射线 方形多毛细管X射线透镜 大面积探测 X射线脉冲星导航 X-ray square polycapillary X-ray lens large area detection X-ray pulsar navigation 红外与激光工程
2016, 45(s1): S117001
1 北京控制工程研究所，北京 100190
2 空间智能控制技术重点实验室，北京 100190
火星探测器经过近火点制动进入大椭圆环绕轨道后，要求能够自主确定探测器的位置、速度等导航信息。提出了一种基于陆标和X射线脉冲星测量的自主导航方法。该方法针对火星大气辅助减速的大椭圆轨道，提出在近火点使用陆标导航，在离开火星大气后的高轨道段使用脉冲星导航。利用星上光学敏感器获得火星陆标信息和X射线敏感器测量脉冲星信号，通过扩展卡尔曼滤波方法(EKF)进行滤波处理得到探测器位置。在现有导航敏感器水平下，该组合导航方法能够取得近火点100 m，远火点1 km的导航精度。该方法实现了两种导航方式优势互补且精度高，为火星环绕段自主导航提供了一种新思路。
自主导航 陆标导航 脉冲星导航 autonomous navigation landmark navigation pulsar navigation
1 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
2 西安测绘研究所, 西安 710054
3 西北核技术研究所, 西安 710024
4 中国地震局 地震研究所 地震大地测量重点实验室, 武汉 430071
基于RXTE卫星天基数据, 建立了时空坐标系转换、时间修正及历元折叠方法, 构建了用于提取导航信息的Crab脉冲星轮廓, 剖析了该天基载荷结构及特性, 对卫星运行空间背景辐射进行了模拟计算。结果表明, 在设定导航条件下, 空间弥散X射线对航天器单星定轨及多星定位影响在km量级以上。同时阐述了实用化脉冲星导航探测中, 改进导航定位精度急需注意的技术问题。
RXTE卫星 脉冲星导航 脉冲轮廓 导航精度 RXTE satellite pulsar navigation pulse profile navigation accuracy 强激光与粒子束
2015, 27(5): 051013
哈尔滨工业大学 卫星技术研究所, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对脉冲星导航过程中观测脉冲星的可见性问题,提出了一种基于信息质量的自适应滤波算法.通过分析观测脉冲星的数目及信息质量,确定观测矩阵维数,实时生成观测矩阵,设计了适应观测信息变化的改进型Kalman滤波器.对观测信息质量重新做了定义,并据此构造滤波方程提高了脉冲星导航的精度及适应性;运用四阶龙格库塔方法对带有J2摄动的二体动力学方程进行线性离散化,提高了滤波器状态方程的线性离散化精度.进行了仿真实验,对改进型Kalman滤波算法进行了验证.结果显示,对初始偏差校正后,在10 000 s内观测一颗或两颗脉冲星,导航位置精度可达40 m,速度精度可达0.019 m/s.得到的结果验证了提出算法的有效性和可行性.
自主导航 脉冲星导航 自适应滤波 卡尔曼滤波 导航精度 信息质量 autonomous navigation pulsar navigation adaptive filtering Kalman filtering navigation precision information quality
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, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
根据应用于X射线脉冲星导航系统的大面阵X射线探测器对微通道板(MCP)性能的要求, 研究了甄选微通道板的方法。 确定了甄选微通道板的4个关键参量, 分别是增益的均匀性、阻抗匹配、暗计数率、增益系数。针对这4个参量设计了相应的测试实验, 制定了甄选MCP的流程, 并对采用该流程甄选出的MCP进行了幅值和计数率的测试。测试结果显示: 采用单通道阳极接收信号时, 每一个探测单元的幅值存在的相对误差各不相同, 第i个探测单元输出的信号幅值的最大相对误差Δ1i和最小相对误差Δ2i的波动分别为7%~13.5%, 3%~6.7%; 而采用四通道共享阳极时输出信号的Δ1i为7.8%、Δ2i为3.1%; 单通道阳极计数率之和(n=n1+n2+n3+n4)与四通道共享阳极计数率N的相对误差为4.38%, 小于预估值10%。上述实验结果表明该甄选方法能够甄选出满足探测器要求的MCP。
单光子探测 X射线探测器 脉冲星导航系统 微通道板(MCP) MCP甄选 脉冲幅值 计数率 single photon detection X-ray detector pulsar navigation system Microchannel Plate(MCP) MCP selection pulse amplitude count rate
