基于MCP的X射线脉冲星导航探测器定时系统研制

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1、硕士学位论文（工程硕士）基于MCP的X射线脉冲星导航探测器定时系统研制DEVELOPMENTOFTHEX-RAYPULSARNAVIGATIONDETECTORTIMINGSYSTEMBASEDONMCP孙书坤哈尔滨工业大学2016年5月国内图书分类号：V443学校代码：10213国际图书分类号：621.38密级：公开工程硕士学位论文基于MCP的X射线脉冲星导航探测器定时系统研制硕士研究生：孙书坤导师：朱春波教授申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：山东航天电子技术研究所答辩日期：2016年5月授予学

2、位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：V443U.D.C.:621.38DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringDEVELOPMENTOFTHEX-RAYPULSARNAVIGATIONDETECTORTIMINGSYSTEMBASEDONMCPCandidate：SunShukunSupervisor：ProfessorZhuChunboAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialit

3、y：InstrumentScienceandTechnologythDateofOralDefense:May,24,2016DegreeConferringInstitution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要脉冲星导航具有极其重要的战略意义和工程应用价值，是今后航天器导航的重要发展方向。X射线脉冲星导航的核心设备是脉冲星探测器，脉冲星探测器接收X射线脉冲星光子信号，记录X射线光子的到达时间(TOA：Timeofarrival)，对TOA数据处理之后

4、，就能够为航天器提供高精度位置、速度、时间、姿态等导航信息，实现航天器的自主导航。TOA是X射线脉冲星导航所需测量的最重要的参数之一，其精度直接决定了X射线脉冲星导航的定位精度。本文首先介绍了多种探测器，分析了不同探测器的优缺点。通过分析，得出了MCP（Micro-channelPlate）探测器具有增益高、灵敏度高、响应时间快等优点，适合X射线脉冲星导航，能够有效提高脉冲星导航的定位精度。然后详细介绍了MCP探测器的工作原理，并重点对MCP探测器输出信号的特点进行了分析。该信号具有幅值很小、脉宽极短等特点，

5、针对该特点，本文设计了一套与之相匹配的高精度定时系统，该系统由放大电路、滤波整形电路、定时电路、高稳定时钟电路、时间数字转换电路组成，然后对每种电路的多种实现方式进行了分析和比较，选择了最优的实现方式。其次，对定时系统的硬件设计进行了详细的介绍，包括电路原理、技术指标、主要器件的选择以及仿真情况等。放大电路对MCP探测器输出的微弱信号放大，其输出信号经过一次CR微分和两次RC积分的滤波整形后，输出具有较高信噪比的准高斯脉冲信号。定时电路采用了恒比定时和前沿定时相结合的符合判选电路，将准高斯脉冲信号转化为数字逻

6、辑脉冲信号，解决了时间晃动、误触发等问题。高稳定时钟电路利用GPS校正原子钟，输出短期和长期稳定性都非常高的时钟。时间数字转换电路利用高稳时钟实现对数字逻辑脉冲的高精度定时。然后，对定时系统的软件设计做了详细的描述，通过FPGA进位链时间内插法，有效的提高了定时精度。最后，针对定时系统的重要组成部分和系统整体分别设计了测试方案并进行了测试。通过测试，定时系统的精度已经达到14.3ns，可以满足X射线脉冲星导航的需求。关键词：X射线脉冲星导航探测器；MCP探测器；定时系统-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文Ab

7、stractThepulsarnavigationshowsextremeimportantsignificationonstratagemandapplicationofengineeringwhichisthecurrentofspacecraftnavigationinfuture.TheX-raydetectorwhichisthecoreoftheX-raypulsarnavigationdetectstheX-raypulsarphotonsandgetstheexacttimeofarrival

8、(TOA)ofeveryphotonandcansupplyinformationoflocation,velocity,timeandpositionafterdataprocessing,realizingnavigationindependentfinally.TheprecisionofTOAwhichisoneofthemostimportantdataofthesystemofnavig