龙虾眼X射线脉冲星导航探测器研制

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1、硕士学位论文（工程硕士）龙虾眼X射线脉冲星导航探测器研制DEVELOPMENTOFLOBSTER-EYESX-RAYPULSARNAVIGATIONDETECTOR李文彬哈尔滨工业大学2016年9月图书分类号：V447+.1学校代码：10213U.D.C.:520密级：公开工程硕士学位论文龙虾眼X射线脉冲星导航探测器研制硕士研究生：李文彬导师：乔立岩教授申请学位级别：工程硕士学科、专业：仪器仪表工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2016年6月24日授予学位单位：哈尔滨工业大学Class

2、ifiedIndex：V447+.1U.D.C.:520DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringDEVELOPMENTOFLOBSTER-EYESX-RAYPULSARNAVIGATIONDETECTORCandidate：LiWenbinSupervisor：Prof.QiaoLiyanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentationEngineerin

3、gAffiliation：SchoolofElecticalEngineeringandAutomationDateofOralDefense:June,24th,2016DegreeConferringInstitution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要脉冲星自主导航具有极其重要的工程应用价值和军事战略意义，一直是世界各航天大国追求航天技术发展的目标。X射线脉冲星导航的核心设备是脉冲星导航探测器，脉冲星导航探测器接收脉冲星发射的X射线

4、光子信号，记录X射线光子能量信息和时间信息，恢复脉冲星轮廓，测量脉冲到达时间（TOA），经过相应算法处理后，获得航天器轨道、时间、姿态等导航参数。X射线脉冲星能够为近地轨道、深空探测和星际飞行航天器提供位置、速度、时间和姿态等丰富的导航信息，从而实现航天器全程高精度的自主导航，应用前景非常广阔。本文首先分析了脉冲星导航的重要意义以及国内外脉冲星导航探测器的研究现状，指出了脉冲星导航探测器在光学器件上由准直型向聚焦型发展的趋势，在核心光电转换器件上由气体敏感器、MCP敏感器向更先进的硅敏感器发展的

5、趋势。本文研究的龙虾眼X射线脉冲星导航探测器是一种轻小型化，适用于空间探测的聚焦型X射线探测器。其次研究了龙虾眼X射线脉冲星导航探测器的探测原理。龙虾眼聚焦镜头采用全反射原理进行聚焦，掠入射角和光子能量、反射面材料、反射面粗糙度有关；SDD敏感器采用全耗尽的本征硅材料实现光电转换。龙虾眼X射线脉冲星导航探测器由龙虾眼聚焦镜头、SDD敏感器、前端读出电子学板和探测器结构组成。龙虾眼聚焦镜头的主要作用是通过反射将视场内的X射线光子聚集在后端小面积的敏感器上，后端敏感器主要作用是进行光电转换，将光信号

6、转换成电信号。本文详细计算了龙虾眼聚焦镜头聚焦效率，并进行了光学仿真；分析了SDD敏感器的选型及前端读出电子学板电路设计；讲述了高稳定性整机结构设计并进行了力学仿真。最后对龙虾眼X射线脉冲星导航探测器聚焦性能、能谱范围、时间特性、有效面积进行了测试和标定，通过测试和标定，说明龙虾眼X射线脉冲星导航探测器探测能谱范围、能量分辨、时间分辨、探测效率和设计指标吻合，可以满足脉冲星X射线探测需求。关键词:脉冲星导航；龙虾眼；掠入射；SDD敏感器；帕尔贴制冷-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文Abstra

7、ctSpacecraftautonomousnavigationusingpulsarsisofgreatengineeringapplicationvalueandmilitarystrategicsignificance,andhasbeentheobjectiveofspacepowersaroundtheworldtopursuespacetechnology.ThecoredeviceofX-raypulsarnavigationispulsarnavigationdetector.I

8、treceivesX-rayphotonsfrompulsarstorecordenergyandtimeinformation,recoverspulsarscontour,measuresthetimeofarrival(TOA)ofpulse.Then,aftercorrespondingalgorithmprocessing,spacecraftsnavigationparameterssuchasorbit,time,andattitudecanbeobtained.X-raypuls