[发明专利]基于可见光源的X射线脉冲星导航地面验证系统

说明书

本发明公开了一种基于可见光源的X射线脉冲星导航地面验证系统，主要解决现有系统结构复杂和模拟脉冲星信号周期精度低以及模拟方式单一的问题，其包括轮廓数据生成单元(1)、多路电压信号输出单元(2)，光子产生单元(3)和电子学读出单元(4)，导航验证单元(5)，轮廓数据生成单元接收到导航验证单元的控制命令，并从导航验证单元读取数据，产生轮廓数据传输至多路电压信号输出单元，输出多路电压信号驱动光子产生单元，输出多路电脉冲信号至电子学读出单元，对脉冲到达时间标定，并将时间序列传输至导航验证单元。本发明结构简单，信号周期稳定性高，可用于对多种导航算法的验证。

技术领域

本发明涉及航天技术领域，特别涉及一种X射线脉冲星导航地面验证系统，可用于对在光子级别上的X射线脉冲星导航算法的验证，为脉冲星导航相关理论研究提供实验平台。

背景技术

X射线脉冲星自主导航是一种具有发展前景的完全自主导航方法，具有重要战略研究意义，受到国内外学者们的关注。自1999年起，世界各航天大国纷纷启动X射线脉冲星导航相关理论研究、飞行实验验证等工作。欧空局、俄罗斯以及日本等国家和组织开展了大量的原理样机验证以及飞行实验等工作。2017年美国NASA开展了一个Station Explorerfor X-ray Timing and Navigation Technology的实验。国内同样开展了X射线脉冲星导航相关研究工作，尤其在理论和地面验证系统的研究方面取得了丰硕的成果。

但是，由于脉冲星距离地球非常遥远，所以X射线脉冲星信号衰减极为严重，到达探测器的信号非常微弱，使得X射线脉冲星信号观测较为困难，并且X射线无法穿透地球大气层；空间飞行试验成本昂贵、风险较大，在地面建立一套X射线脉冲星导航算法实时验证系统显得尤为重要。

根据已公开的专利申请，近年来，国内的地面模拟系统主要有以下几种：

1.一种用X射线脉冲星导航的地面模拟方法与装置，授权公告号：CN101782390B，该装置使用了X射线源进行试验，在X射线探测器技术研究方面具有优势，但由于机械结构的引入，导致了脉冲星周期特性的模拟精度较低，不能满足理论研究的需求。

2.具有高时频稳定度X射线脉冲星光子信号地面模拟系统，专利申请公布号：CN102778236A，该系统保留了模拟的物理过程，模拟可信度高，且具有非常高的时频稳定度与精度，但存在的缺点是：无法模拟具有多物理特性的脉冲星信号，包括脉冲星自转特性、脉冲星计时噪声特性以及由航天器运动产生的多普勒效应。

3.X射线脉冲星导航地面试验系统，申请公布号：CN103048000A，该试验系统是X射线脉冲信号模拟和导航算法验证的闭环测试系统，考虑了实际空间中的多种因素影响，但是系统的控制结构和操作复杂，规模庞大，不利于在实验室中灵活使用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于可见光源的X射线脉冲星导航地面验证系统，以简化系统的结构，提高脉冲星周期特性的模拟精度，实现对多路脉冲星信号的模拟。

为实现上述目的，本发明基于可见光源的X射线脉冲星导航地面验证系统，包括：

轮廓数据生成单元、光子产生单元和电子学读出单元，其特征在于：

轮廓数据生成单元与电子学读出单元之间连接有导航验证单元，用于向轮廓数据生成单元发送控制命令并传输数据，并接收电子学读出单元发送的光子到达时间序列，存储导航数据；

轮廓数据生成单元与电子学读出单元之间连接有多路电压信号输出单元，用于将轮廓数据生成单元发送的脉冲星轮廓数值序列同时转换成多路电压信号，并给电子学读出单元提供同步时钟信号；

光子产生单元，采用多路单光子产生器，且连接在多路电压信号输出单元与电子学读出单元之间，用于将多路电压信号输出单元输出的多路电压信号转换成多路光信号，并衰减成多路单光子序列，再将多路单光子序列转换成多路电脉冲信号，传输至电子学读出单元。