[发明专利]用于X射线脉冲星导航敏感器的硅漂移探测器处理电路

说明书

用于X射线脉冲星导航敏感器的硅漂移探测器处理电路，包括前置放大模块、复位模块和制冷模块，前置放大模块接收硅漂移探测器输出的光子信号后进行低噪声放大生成预放大光子信号，分别输出至脉冲星导航敏感器、复位模块，复位模块采用预放大光子信号生成复位信号后输出给硅漂移探测器，对探测器进行复位，防止硅漂移探测器输出的光子信号饱和，制冷模块采用探测器内部温敏二极管的温度信号作为输入，与预先设置的温度进行比较，产生制冷电流控制探测器内部温度与设置温度保持一致。本发明探测器处理电路通过采用抗辐射宇航级元器件进行设计，与现有技术相比，能更好的适用于宇航产品长期在轨工作。

技术领域

本发明涉及一种硅漂移探测器处理电路，特别是一种用于X射线脉冲星导航敏感器的硅漂移探测器处理电路，可以用于卫星与飞船等航天器的X射线脉冲星导航敏感器产品中。

背景技术

X射线脉冲星导航敏感器根据脉冲星发射的脉冲信号和事先精确测定的脉冲星角位置信息进行导航。1999年美国发射的ARGOS先进研究和对地观测卫星上搭载的非常规恒星特征实验对X射线脉冲星导航的可行性进行了初步的验证。2004年，美国国防高级研究计划局启动了“基于X射线源的自主导航定位”研究计划。美国计划在国际空间站上进行NICE实验，实验数据将用于X射线脉冲星导航的性能分析和关键技术攻关。

在空间X射线观测方面，中国科学院高能物理研究所计划发射低轨道宽波段X射线天文卫星－硬X射线调制望远镜HXMT，将为我国开展X射线脉冲星导航研究提供巡天观测技术储备和必要的实测数据。

我国多个研究机构，如中国空间技术研究院、中国科学院国家授时中心、南京航空航天大学、国防科技大学、华中科技大学、西安电子科技大学等，先后投入对X射线脉冲星导航的研究工作。内容涉及基于X射线脉冲星的导航卫星自主导航、脉冲星授时和星载时钟修正、组合导航算法、整周模糊度求解、脉冲星信号识别和消噪算法，以及脉冲星导航试验平台的搭建等问题。

X射线探测器是X射线脉冲星导航敏感器的关键器件，与其处理电路一起，决定了X射线脉冲星导航敏感器的探测性能。X射线探测器的主要作用是捕获X射线光子，实现光电转换。根据X射线探测器构成物质的不同性质，可以将其划分为不同类型，包括气体正比计数器、微通道板探测器、半导体探测器、闪烁晶体探测器和热敏探测器等。

其中固态半导体探测器包含CCD半导体探测器、Si(Li)探测器、Si-PIN探测器、硅漂移探测器等。硅漂移探测器的结电容很小、漏电流小，可以快速的读出电子信号，能量分辨率和高计数性能是目前所有X射线半导体探测器中最好的。美国NICE实验采用了硅漂移探测器。

X射线作用于硅漂移探测器，产生的电子会在漂移电场的作用下向阳极漂移，到阳极附近产生信号。探测器内部包含有用于电荷放大电路的反馈电容，硅漂移探测器外部处理电路对探测器输出信号进行低噪声的放大。由于存在漏电流，需要对探测器进行复位，以防止反馈电容上积累过多电荷而导致输出饱和，硅漂移探测器内部含有复位二极管，外部处理电路产生复位信号，使探测器复位。硅漂移探测器内部包含温敏二极管和致冷器。外部处理电路通过测量温敏二极管的电压可以推算出探测器当前的温度，通过制冷电路将探测器内部温度控制在合适的温度点，可以减小探测器内部产生的噪声。

传统的硅漂移探测器处理电路，均采用了商业级或工业级元器件，无法满足宇航产品高辐射环境下长时间工作的要求，不能用于X射线脉冲星导航敏感器。因此迫切需要设计一种用于X射线脉冲星导航敏感器的硅漂移探测器处理电路。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于X射线脉冲星导航敏感器的抗辐射、高可靠硅漂移探测器处理电路。

本发明的技术解决方案是：用于X射线脉冲星导航敏感器的硅漂移探测器处理电路，包括包括前置放大模块、复位模块、制冷模块，其中