[发明专利]一种原位测量轨道中性气体粒子速度的探测器及探测方法

说明书

本发明属于航天探测设备技术领域，具体地说，涉及一种原位测量轨道中性气体粒子速度的探测器，其包括彼此连接的传感器和信号处理电路；所述传感器，用于对轨道中性气体粒子进行无速度损失电离，获取不同调制电压下所通过的离子数量；所述信号处理电路，用于对当前调制电压下的离子信号进行电压放大，获得对应的多个电压信号，并基于得到的多个电压信号进行制图，得到当前调制电压下的离子的调制能量图，从而获得离子速度，进而得到轨道中性气体粒子速度。

技术领域

本发明属于航天探测设备的技术领域，具体地说，涉及一种原位测量轨道中性气体粒子速度的探测器及探测方法。

背景技术

地球热层大气是空间环境的重要组成部分，受太阳活动、地磁扰动、经度纬度高度等因素影响，热层大气变化十分剧烈，国内外均正在开展相关探测。轨道空间中的中性气体粒子要素对于磁层和热层、电离层和热层耦合机制研究有重要意义，而中性气体粒子速度是其重要参数，对于带电粒子的复合、中性气体的电离几率及其分布有着重要影响。

火箭测量中性气体粒子速度的方法是从测风舱内弹出示综物，由地面雷达跟踪示综物，测得中性气体粒子速度；但是其测量持续时间短，空间分布小，不能测量热层气体速度。

非相干散射雷达只能测量稳态大气条件下的中性风速，夜间误差可达数十米/秒，非相干散射雷达技术难度大，只能定点测量。

多普勒频移方法可直接测量粒子速度，从多个方向进行测量可以得到中性粒子速度，但是，测量局限于晴朗、没有月光的夜晚，观测时间受限制。

用于测量轨道中性气体粒子速度的航天器载探测器，可长时间在轨道上运行进行探测，获取全球中性气体粒子速度的时空分布。

因此发明了一种用于测量轨道中性气体粒子速度的探测器，轨道中性气体粒子速度探测器由传感器、电子线路组成。传感器由开源离子源、能量分析器和检测器组成，开源离子源用于无速度损失电离中性气体粒子，而能量分析器用于测量电离后离子的动能，检测器用于检测经能量分析器后的离子。传感器配合相应的电路后，得出在检测器上的动能调制图，通过该调制图得出轨道中性气体粒子速度。

发明内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种原位测量轨道中性气体粒子速度的探测器，可开展全球热层中性气体粒子速度测量，测量周期长(数年)，时空分辨率高，可获得全球中性粒子速度的时空分布变化，用于研究全球热层大气变化。

所述用于原位测量轨道中性气体粒子速度的探测器包括彼此连接的传感器和信号处理电路；

所述传感器，用于对轨道中性气体粒子进行无速度损失电离，获取不同调制电压下所通过的离子数量；

所述信号处理电路，用于将当前调制电压下的离子信号进行电压放大，获得对应的多个电压信号，并基于得到的多个电压信号进行制图，得到当前调制电压下的离子的调制能量图，从而获得离子速度，进而得到轨道中性气体粒子速度。

作为上述技术方案的改进之一，所述传感器包括：开源离子源、能量分析器和检测器；

所述开源离子源，用于采用垂直入射式电子轰击，对轨道中性气体粒子进行无速度损失电离，同时，通过对开源离子源设置电场，将电离后的离子沿着原有的运动轨迹输入能量分析器；

所述能量分析器，用于根据测得的电离后离子的动能，施加对应能段的调制电压，将高于该能段的调制电压的离子发射至检测器；

所述检测器，用于检测经能量分析器射出的离子，获得不同调制电压下所通过的离子数量。

作为上述技术方案的改进之一，所述信号处理电路包括：调制电压发生器、电极电压产生器、离子源控制电路、微弱信号放大器、图像处理器和电源电路；