[发明专利]一种基于APD探测器的脉冲星光子定时方法

说明书

本发明公开了一种基于APD探测器的脉冲星光子定时方法，采用APD实现对0.5～10keV微弱脉冲星光子探测。一方面具有探测效率高、响应时间快、能量分辨高等优点；另一方面，探测器内部光生载流子是沿着pn结向漂移，由探测器本身带来的时间晃动较小，因此非常适用于脉冲星光子定时；采用恒比定时和单阈值触发方法，在抑制噪声的同时，进一步消除由于不同X光子能量带来的幅度游动效应；结合GPS秒脉冲信号长稳和原子钟短稳的优点，通过校正原理输出长稳、高精度时钟频率，保持TDC定时精度，进一步减小脉冲星光子定时误差。

技术领域

本发明属于深空探测导航、航空航天、信息遥感等技术领域，具体涉及一种基于APD探测器的脉冲星光子定时方法。

背景技术

脉冲星导航是一种依赖于脉冲星天然时钟的自主导航方式，它完全不依赖于地面站的支持，利用探测宇宙中的脉冲星X射线波段脉冲实现航天器的授时，定姿，定位，进而完成航天器的自主导航。X射线脉冲星导航的基本原理是：测量脉冲星脉冲到达空间飞行器时的相位,组成该脉冲相对于太阳系质心的相位之差,该差是飞行器位置和脉冲星位置的函数,假定已知脉冲星的位置,通过一定的导航算法,即可获得观测时刻空间飞行器相对太阳系质心的位置坐标。

脉冲星脉冲到达时间TOA(Time of Arrival)测量是实现脉冲星导航的关键。TOA是通过观测轮廓和高信噪比的标准轮廓比较得到的。航天器通过安装X射线探测器，探测脉冲星辐射的X射线光子，记录光子到达时间，经过一段时间的积分，拟合出脉冲轮廓，并与到达太阳系质心的标准轮廓比较确定TOA。

因此，高精度光子到达时间是探测器的基本观测量，直接影响TOA测量和导航精度。光子定时精度与选用的X单光子探测器和定时方法相关。脉冲星导航作为一种新型导航技术，在脉冲星光子定时研究方面目前国内外相关报道较少。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于APD探测器的脉冲星光子定时方法，能够为X射线脉冲星导航探测器研制、脉冲星光子脉冲到达时间TOA测量提供技术支撑。

一种基于APD探测器的脉冲星光子定时方法，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。

较佳的，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。

较佳的，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。

较佳的，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。

较佳的，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)