一種面向X-ray脈沖星導(dǎo)航定位的探測(cè)器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可根據(jù)探測(cè)面積或信噪比需求對(duì)探測(cè)模塊進(jìn)行任意拼接，對(duì)視場(chǎng)內(nèi)的X射線進(jìn)行有效探測(cè)的探測(cè)器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]基于X射線脈沖星的航天器空間導(dǎo)航定位(X-ray Pulsar-based Navigat1n,XPNAV)利用確定的脈沖星空間位置和高度穩(wěn)定的脈沖信號(hào)對(duì)航天器進(jìn)行導(dǎo)航定位，是一種新的天文自主導(dǎo)航定位技術(shù)。由其原理可知，如何探測(cè)并獲取準(zhǔn)確的波形是X射線脈沖星導(dǎo)航系統(tǒng)的核心難題。
[0003]美國的“XNAV計(jì)劃”和歐空局的“深空探測(cè)器脈沖星導(dǎo)航研宄計(jì)劃”均采用微孔徑光學(xué)系統(tǒng)聚焦來自脈沖星的X射線，該光學(xué)系統(tǒng)具有體積小、質(zhì)量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以高效抑制背景雜散X射線，提高信噪比，是目前X射線探測(cè)載荷的首選光學(xué)系統(tǒng)。但國外均采用了單個(gè)曲面MPO鏡頭形式，受加工水平等方面的限制，單個(gè)曲面MPO鏡頭口徑尺寸受限，探測(cè)面積極為有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可在探測(cè)面積需求下準(zhǔn)確探測(cè)X射線脈沖周期波形的探測(cè)器模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)航天器進(jìn)行自主導(dǎo)航定位。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種面向X-ray脈沖星導(dǎo)航定位的探測(cè)器系統(tǒng)，包括M行N列矩陣排布的探測(cè)器模塊、焦面電路板、信號(hào)電路板，M和N均為正整數(shù)；所述的探測(cè)器模塊包括曲面MPO鏡頭和Si探測(cè)器，其中Si探測(cè)器位于曲面MPO鏡頭的球心處，與曲面MPO鏡頭同光軸，焦面電路板對(duì)應(yīng)一個(gè)或者多個(gè)探測(cè)器模塊；來自脈沖星的X射線入射至曲面MPO鏡頭，然后匯聚到位于曲面MPO鏡頭球心處的Si探測(cè)器上，Si探測(cè)器將X射線光子轉(zhuǎn)換成電子，焦面電路板將Si探測(cè)器上的電子轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并送至信號(hào)電路板，信號(hào)電路板將焦面電路板輸出的各路電信號(hào)進(jìn)行整形、兩級(jí)放大和AD轉(zhuǎn)換，并將量化后的信號(hào)輸出給圖像采集設(shè)備。
[0006]所述的曲面MPO鏡頭為Photonis鉛鉍玻璃，外形為球面，球面的中間為微孔陣列。
[0007]所述的曲面MPO鏡頭通過曲面MPO鏡頭基座進(jìn)行支撐和固定，曲面MPO鏡頭基座為一個(gè)帶有沉臺(tái)的鏡框，鏡框上部覆有鏡框蓋，沉臺(tái)的上表面和鏡框蓋的下表面均為球面并且曲率半徑與曲面MPO鏡頭相同，曲面MPO鏡頭的邊緣與曲面MPO鏡頭基座的結(jié)合部用膠粘結(jié)。
[0008]所述的Si探測(cè)器通過Si探測(cè)器基座進(jìn)行支撐和固定，Si探測(cè)器與Si探測(cè)器基座的結(jié)合部用膠粘結(jié)。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0010](I)本發(fā)明采用了單個(gè)曲面MPO鏡頭、單個(gè)Si探測(cè)器、單套焦面電路的模塊化設(shè)計(jì)，使得針對(duì)不同脈沖星發(fā)射X射線探測(cè)的系統(tǒng)變得簡便實(shí)用；[0011 ] (2)本發(fā)明采用了簡潔實(shí)用的模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)探測(cè)面積要求，對(duì)單模塊進(jìn)行任意數(shù)量、任意排列組合形式的拼接。同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，可有效探測(cè)并獲取準(zhǔn)確的來自脈沖星的X射線波形，可實(shí)現(xiàn)對(duì)航天器進(jìn)行自主導(dǎo)航定位；
[0012](3)本發(fā)明采用多曲面MPO鏡頭拼接型X射線探測(cè)，能夠大幅抑制宇宙背景噪聲、衛(wèi)星所處軌道的高能粒子噪聲，有效提升探測(cè)信號(hào)的信噪比，有利于以最短探測(cè)時(shí)間實(shí)現(xiàn)高TOA測(cè)量精度；
[0013](4)信號(hào)電路板采用兩級(jí)放大的信號(hào)處理技術(shù)，能夠準(zhǔn)確提取X光子到達(dá)時(shí)間，且能夠?qū)崿F(xiàn)較高光子譜段識(shí)別精度。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明單個(gè)探測(cè)器模塊構(gòu)成示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明四探測(cè)器模塊拼接示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明曲面MPO鏡頭封裝示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明Si探測(cè)器封裝示意圖；
[0018]圖5為本發(fā)明2X4曲面MPO模塊拼接示意圖；
[0019]圖6為本發(fā)明2X4Si探測(cè)器模塊拼接示意圖；
[0020]圖7為本發(fā)明2X4豐旲塊拼接總不意圖；
[0021]圖8為曲面MPO鏡頭的大小D與系統(tǒng)焦距F和曲面MPO的曲率半徑R之間的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]采用曲面微孔光學(xué)陣列(Array of Micro-Pore 0ptics，MP0)作為聚焦光學(xué)系統(tǒng)，可將來自于脈沖星的X射線聚焦到非成像探測(cè)器上，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)X射線光學(xué)系統(tǒng)輕量化。
[0023]曲面MPO鏡頭是一種具有微細(xì)結(jié)構(gòu)的曲面匯聚裝置，尺寸小、重量小。在MPO微通道內(nèi)利用掠入射原理實(shí)現(xiàn)X射線傳輸方向的偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而匯聚，對(duì)于一定能量范圍的光子可以通過準(zhǔn)確設(shè)計(jì)MPO彎曲程度消除背景雜散光，提高探測(cè)信噪比。同時(shí)，Si探測(cè)器具有高響應(yīng)時(shí)間，可保證系統(tǒng)具有高時(shí)間分辨率，這可以為探測(cè)X射線脈沖周期波形提供有力保證。
[0024]曲面MPO鏡頭由許多排列在球面上的微小矩形元胞組成，每個(gè)小立方體都處在同一個(gè)球面之上，通過其相互垂直的兩個(gè)反射面各發(fā)生一次反射的光線將會(huì)聚焦在焦點(diǎn)處。只經(jīng)過內(nèi)壁發(fā)生一次反射的光線將會(huì)會(huì)聚成一條線，最后在像面上形成漸縮的十字線背景。
[0025]如圖8所示，曲面MPO鏡頭的大小D與系統(tǒng)焦距F和曲面MPO的曲率半徑R相關(guān)，由于系統(tǒng)焦距F需在合理范圍內(nèi)，故曲面MPO鏡頭尺寸受限，探測(cè)面積受限，進(jìn)入曲面MPO鏡頭的光線較少信號(hào)較弱，采用多曲面MPO鏡頭拼接方法可以解決在一定焦距范圍內(nèi)，增加探測(cè)面積和提高信噪比的矛盾。
[0026]本發(fā)明的單個(gè)探測(cè)器模塊如圖1所示，主要包括曲面MPO鏡頭1、曲面MPO鏡頭基座2、Si探測(cè)器3、Si探測(cè)器基座4、焦面電路板5、信號(hào)電路板7，其中曲面MPO鏡頭I和曲面MPO鏡頭基座2 —同構(gòu)成曲面MPO鏡頭組件9，Si探測(cè)器3和Si探測(cè)器基座4 一同構(gòu)成Si探測(cè)器組件10。曲面MPO鏡頭基座2用于固定、限位曲面MPO鏡頭1，Si探測(cè)器基座4用于固定、限位Si探測(cè)器3。
[0027]來自脈沖星的X射線入射至曲面MPO鏡頭I，匯聚到位于曲面MPO鏡頭I球心處的Si探測(cè)器3上。Si探測(cè)器3將X射線光子轉(zhuǎn)換成電子，焦面電路板5將電子轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，信號(hào)處理板7將焦面電路板5輸出的電信號(hào)進(jìn)行整形和放大。信號(hào)電路板7采用兩級(jí)放大的信號(hào)處理技術(shù)，能夠準(zhǔn)確提取X光子到達(dá)時(shí)間，且能夠?qū)崿F(xiàn)較高光子譜段識(shí)別精度。
[0028]曲面MPO鏡頭I為Photonis鉛鉍玻璃，外形為球面；曲面MPO鏡頭中間為微孔陣列。
[0029]Si探測(cè)器3就是雪崩型式