[发明专利]一种基于APD探测器的脉冲星光子定时方法

权利要求书

1.一种基于APD探测器的脉冲星光子定时方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、采用APD探测器探测脉冲星光子，得到光子脉冲信号；

步骤2、对步骤1获得的光子脉冲信号进行前置放大和滤波成形处理，使得滤波后输出的脉冲信号尽量保持原始上升沿，其中，光子脉冲信号上升沿时间在100ns～200ns之间；

步骤3、将步骤3的脉冲信号分为两路，对其中一路进行衰减，对另外一路进行延迟，通过触发器找到两路信号波形的交点，同时产生一个正脉冲；

步骤4、利用原子钟输出50M脉冲时钟以及GPS输出的秒脉冲对步骤3产生的正脉冲进行定时，最终将脉冲星光子到达时间定位在纳秒级；

所述步骤4中，通过滑动均值方法对GPS输出的秒脉冲进行校正，将经过校正的GPS秒脉冲和50M脉冲时钟，输入到TDC模块中，对光子进行定时，具体为：

设GPS接收机输出的秒脉冲时间序列为X＝{x₁,x₂,…x_n}；设原子钟的脉冲周期为T，以该原子钟的脉冲对GPS的秒脉冲时间进行计数，则秒脉冲时间序列表示为Y＝{y₁,y₂,…y_n}，其中：

y₁＝y_i-1+n_iT-ε_i (7)

其中，i＝1,2,…,n；n表示序列中元素个数；n_i为1s内原子钟的计数值；ε_i为GPS秒脉冲随机误差与原子钟的累积误差之和，满足高斯分布；

采用原子钟对GPS脉冲进行长时间计数，获取长期平均计数值作为下一个秒脉冲计数的估计值通过y_i与时间序列X中xi比较得到下一秒脉冲误差的估计值将代替n_i以及将代替ε_i，代入(7)式得到修正后的秒脉冲时间序列。

2.如权利要求1所述的一种基于APD探测器的脉冲星光子定时方法，其特征在于，所述步骤2中对光子脉冲信号进行前置放大处理采用电压灵敏前放、电流灵敏前放或者电荷灵敏前放方式进行处理。

3.如权利要求1所述的一种基于APD探测器的脉冲星光子定时方法，其特征在于，所述步骤2中，滤波成形处理采用CR-(RC)^m滤波或有源SK滤波实现。

4.如权利要求1所述的一种基于APD探测器的脉冲星光子定时方法，其特征在于，所述步骤2中，采用CR-(RC)^m滤波时，通过选择合适的滤波电路的RC值，使得滤波后输出的脉冲保持原始上升沿。

5.如权利要求1所述的一种基于APD探测器的脉冲星光子定时方法，其特征在于，所述步骤3中，找到两路信号波形的交点的方法为：假设输入的脉冲信号为斜率为A的三角形信号：

V_in＝At (3)

则经过q倍衰减后一路信号为：

V_a＝Aqt (4)

经延迟Δt的另一路信号为：

V_d＝A(t-Δt) (5)

由公式(4)和(5)确定波形交点时间t_C表示为：

t_C＝Δt/(1-q) (6) 。

6.如权利要求1所述的一种基于APD探测器的脉冲星光子定时方法，其特征在于，衰减路信号的幅度为原始信号的0.4～0.6倍之间。

7.如权利要求1所述的一种基于APD探测器的脉冲星光子定时方法，其特征在于，延迟信号的延迟时间在20ns～30ns之间。