刘颖[1]2002年在《双星低能离子探测器方案设计与地面检测设备研制》文中研究表明随着人类活动不断向地球空间拓展，人们变得比以前任何时候都更关心近地空间环境的状况。为了更好的了解近地空间环境现象及其机理，我国启动了双星计划，它与Cluster Ⅱ相互配合作为目前国际最先进的近地空间探测计划将有力的推动空间物理和空间环境研究的发展。作为双星计划的一部分低能离子探测器将对研究磁层和极区的等离子体的结构和动力学过程作出有益的贡献。 为此本文详细论述了双星低能离子探测器的设计方案：介绍了探测器的方案特点和工作原理；给出了半球型静电分析器的结构尺寸和数值模拟计算方法，并通过数值模拟确定了分析器的物理参数和能道划分依据；给出了微通道板的设计要求同时证实了分析器的计数能力；给出了电子学部分的设计方案。此外还对国内外近期常用的低能粒子探测方法进行了介绍。 在探测器的研制过程中地面检测设备对于检测探测器的软、硬件功能保证探测器的正常工作具有重要意义。因此本文详细介绍了地检设备的方案特点和各部分的工作原理，并具体论述了系统的硬件、嵌入式软件、界面软件的设计方法，还特别介绍了CPLD器件在部分硬件电路设计中的应用与实现，最后给出了地检设备的设计实现流程和对其进行检测的结果。
齐伟[2]2018年在《星载低能离子能谱仪地检系统设计与实现》文中认为空间环境中存在着大量的低能离子,这些离子对人类生活有着重要影响,通过对其进行探测,能够帮助人类认识太阳活动机制及太阳活动对地球磁层的影响。低能离子能谱仪的工作环境为地球同步轨道(L=6.6),其探测能量段为0.1～18keV,局地覆盖能量相对较低的环电流离子,能够直接或者间接地推演环电流离子的全球分布,服务于空间天气监测和预警。另一方面,波粒相互作用是内磁层粒子加速和损失的主要因素。低能离子能谱仪能够直接测量离子的相空间密度分布,实现在叁轴稳定卫星上利用单台仪器完成对离子的半空间能谱的探测,可以用来分析相关等离子波动的产生和分布特征,进而理解辐射带/环电流粒子的加速/损失过程[1],具有较重要的科学意义。本研究课题根据低能离子能谱仪搭载任务需求,对载荷地面检测系统进行了研究与研制,为低能离子能谱仪研制工作中的调试、测试和性能标定实验提供了有力保障。本文对星载低能离子能谱仪地检系统需求进行了分析并介绍了地检系统工作原理,其中地检数据管理电路板以Microsemi SmartFusion2系列FPGA芯片为控制核心,通过FPGA控制USB接口实现与地检上位机软件的通信,载荷数据通过LVDS接口上传到地检数据管理电路板,数据注入由FPGA打包成固定格式然后通过RS-422接口下发至载荷。地检上位机软件基于NI Labwindows/CVI平台设计开发,具备数据采集、解析,在线状态监测,离线数据分析、EEPROM(Electrically Erasable Programmable read only memory,电可擦可编程只读存储器)自动配置功能,在节省了能谱仪研制过程中的人力的同时提高了可靠性。论文提出的设计方案对于地面检测系统具有很好的适用性和扩展性,稍作修改便可应用于不同搭载项目的地检系统设计,对于其他工程项目具有参考和借鉴意义。
张珅毅[3]2006年在《中高能粒子探测器的设计与研制》文中进行了进一步梳理随着人类空间科学的发展和科技的进步,空间粒子探测技术得到了高速的发展。空间粒子探测所涉及的领域也越来越多,空间物理现象和机制的研究需要粒子探测提供可分析的数据;空间粒子的通量和能谱变化为空间中的灾害性事件提供了警报;空间物理模型的建立需要大量的探测数据支持;载人航天事业的发展也需要空间粒子探测作为保障。因此对空间粒子的探测是人们进行航天活动的基本技术保障;是人们进行空间探测,研究太空物理学现象的基本方法;也是人们认识和研究太空,向太空进军的首要条件。因为中高能量段的粒子与很多物理机制和现象紧密相连,因此对该能段粒子的测量是人类粒子探测相对集中的区域。本文首先讨论的是在对中高能粒子探测器进行物理设计时所使用到的各种技术手段。它是粒子探测器设计好坏与否的关键,也是仪器创新设计的重要环节。为了连接低能粒子和高能粒子的中间能量段,本文详细论述了如何利用磁偏转的方法对中能电子进行测量。文章详实地描述了中能电子探测器的设计方案;介绍了中能电子探测器的方案特点和工作原理;给出了传感器的选择原则和尺寸,并通过蒙特卡罗模拟确定谱仪的能道划分;估算谱仪的测量精度;确定仪器的几何因子和计数率,最后给出了电子学部分的设计方案,并通过电路和放射源实验得到了一定的结论。这也是我国首次以中能粒子为目的进行的探测器设计。在高能粒子探测器设计方面,我国有成熟的技术。本文详细介绍了在现有技术的基础上具有创新性设计的一台高能粒子探测器。该探测器集方向测量,能谱测量,总剂量测量功能于一体,实现了多功能和小型化的成功组合。该仪器中还用到了加偏转磁铁这项新技术。文章还简要介绍了目前现在正在研制的两种新探测器设计,主要针对粒子的LET谱测量和空间中子的测量,这两个仪器是以前我国以前没有做过的。文章的最后详细介绍了在空间粒子探测器设计中的一项新技术,即加偏转磁铁屏蔽电子干扰的技术。通过物理的仿真模拟和最后的实验表明了该项技术的可靠性和实用性,该技术同样是我国首次完成该项技术的攻关,已运用到工程实践中。
陈萍[4]2009年在《星载电场仪地面检测设备设计与研制》文中进行了进一步梳理地球空间是与人类活动密切相关的空间环境,而电场是研究空间天气学和空间环境的一个很重要的参量,它的数值大小及其变化涉及到太阳活动、雷暴活动、地震活动及大气环境污染等。星载电场仪主要用于测量空间电场,它所测量出的电场数据也可用于风、云、雷、雨等现象与电离层电信号的对比研究,提供空间电场的科学数据供人们研究电场规律。本课题根据星载电场仪的任务需求,开展了地面检测设备的研究和设计,解决了星载电场仪硬件调试、软件测试和整机地面检测问题。本文分析了星载电场仪地面检测的设计需求和地检设备的工作原理,采用FPGA作为核心控制单元,以CAN总线为数据总线,设计了相应的控制电路和接口,并且采用高速USB2.0接口与上位机相连,使地检设备与PC机之间实现了高速可靠的通讯。设计了星载电场仪地面检测的上位机软件,给用户提供了友好的操作环境。地检设备还设计有8路模拟量采集通道,可实时采集模拟量数据,发送到上位机进行监测。地检设备通过发送遥控信号给星载电场仪,可以改变星载电场仪的工作模式,使其工作在不同的模式下,并且通过CAN总线的数据接口发送遥控指令数据以及时间码,进行遥控通道的检测和校时操作。论文的研究所提出和设计的地面检测设备的方案具有很好的扩展性,可以根据不同的任务需求修改其中的一部分,从而达到预期的目标。另外,本文通过FPGA控制CAN总线控制器实现接口通讯,虽然是针对地检设备实现的,但经过分析可知,此方法也可应用于航天控制。因此本文的成果对于今后的一些实际工程应用具有重要的参考和借鉴意义。
杨彦佶[5]2014年在《CCD型X射线探测器性能研究》文中研究表明地球大气对天体的高能射线有强烈的吸收作用,所以相应的观测必须在大气层外进行,为此人类发展了高空气球、探空火箭和卫星等观测手段。1970年美国发射的第一颗X射线天文卫星"Uhuru"对高能天体辐射进行观测,开创了空间高能天文的新领域。利用探索宇宙新窗口寻求物理科学的突破是二十一世纪自然科学的一个重要前沿,国际上以研究宇宙大尺度结构的特性和早期宇宙、黑洞的形成和演化为出发点,展开了新空间天文探测设备的研制热潮。硬X射线比普通X射线的能量更高,具有更强的穿透能力,是研究早期宇宙和黑洞性质的关键能段。目前,美国的SWIFT卫星和欧洲的INTEGRAL卫星已对全天或者部分天区进行了硬X射线巡天成像观测,但是这两个仪器的本底强、灵敏度不够高,需要更好的X射线巡天观测。硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星应用我们科学家发展的直接调制解调方法,将实现宽波段X射线(1-250keV)巡天成像,其中20-250keV的巡天观测具有世界最高的灵敏度和空间分辨率。HXMT巡天将发现大批超大质量黑洞和其他高能天体,研究宇宙硬X射线背景辐射的性质；另外,HXMT具有较好的时间响应,可以观测黑洞双星等天体的硬X射线快速光变,用于研究黑洞附近强引力场中的物质的动力学、粒子加速和辐射过程。HXMT还将引导我国地面天文设备对高能天文开展多波段联合观测,实现地面中小型望远镜在天体物理前沿的一流观测。低能X射线望远镜(Low Energy X-ray Telescope; LE)是HXMT卫星有效载荷的分系统,其基本功能是在软X射线(1.0-15keV)能段探配合高能X射线望远镜进行巡天及定点观测。很多天体如X射线双星、活动星系核、超新星遗迹、星系团等发射的热谱主要集中在软X射线能段,而幂率谱(如同步辐射谱)在软X射线能段的辐射也比较强,很多组成天体的重要元素(如Mg、Si、 Ca、Fe)的X射线荧光辐射都集中在这一能段,银河系及天体自身的中性氢吸收也主要靠这一能段来测量。工作在软X射线能段的LE,因其具有目前相同能段国际最大面积的探测器阵列,同时拥有高能量分辨,对研究HXMT观测天体的辐射机制、温度、组成元素、辐射区域的结构等方面都有其它能段不可替代的重要作用。本文对低能X射线望远镜的探测器CCD236的性能进行了比较详尽的研究,主要包括质子辐照、带电粒子响应、能量线性、能量分辨、温度特性、性能一致性等。为低能X射线望远镜的地面标定任务摸索试验流程,为以后的鉴定件、正样件的标定工作奠定基础。
赵骁[6]2014年在《电磁监测试验卫星高精度磁强计校准系统研究》文中进行了进一步梳理电磁监测试验卫星主要的任务是监测全球空间电磁场、电磁波、电离层等离子体、高能粒子沉降等现象，其中对DC到15Hz低频磁场的探测由高精度磁强计负责。本课题根据电磁监测试验卫星高精度磁强计的任务需求，采用可定制的标准设备开展了地面检测设备的研究和设计，解决了电磁监测试验卫星高精度磁强计的软件测试和整机地面检测问题，具有高可靠性、可维修、可替换、可扩展的优点。本文分析了电磁监测试验卫星高精度磁强计地面检测的设计需求和地面检测设备的工作原理，采用美国国家仪器公司的标准模块化仪器为硬件模型，使用LabVIEW作为软件控制核心，以CAN总线、标准串口总线为数据总线，设计了相应的控制电路，并且采用局域网接口与上位机相连，使地面检测设备和计算机之间实现了高速、可靠的通讯。设计了电磁监测试验卫星高精度磁强计地面检测设备的上位机软件，为用户提供了友好的人机交互界面。创新点体现在：针对在研的星载高精度磁场矢量探测器，利用LabVIEW研制出地面测试系统，为电磁试验卫星的重要载荷—高精度磁场矢量探测器提供了快捷、方便的地面检测设备。论文的研究所设计的地面检测设备的方案具有良好的扩展性，可以根据不同的任务需求添加或减少标准模块，并对LabVIEW软件的控制程序进行简单的修改，从而达到期望的目标。另外，本文的接口程序也可应用于CAN接口和其它标准接口的测试。因此本文的成果对于以后的一些实际的工程应用具有重要的参考和借鉴意义。
曹辉[7]2009年在《基于FPGA的地面检测设备的设计与研制》文中研究表明基于FPGA与USB的综合地面检测设备是国家重大科技基础设施项目——东半球空间环境地基综合监测子午链(即子午工程)探空火箭综合监测分系统的组成部分之一。地面检测设备要解决的主要问题是对探空火箭上携带的多种箭载设备进行科学检测,以便提前反映载荷的设计性能及其实时工作情况,为设计人员分析载荷设计提供依据。本课题的研究内容是以现场可编程逻辑阵列FPGA为核心,充分利用USB总线带宽,研究并设计一种将多种总线接口的输入输出集成为一体的地面检测设备。论文首先介绍了项目背景并分析了地面检测设备国内外研究现状,在此基础上通过对以往设计的研究和项目需求分析,提出了本课题的研究任务和设计方案。然后,从总体上介绍了地面检测设备的软硬件设计方案,并且详细介绍了硬件电路的设计及实现、FPGA的设计及实现以及USB模块的相关软件设计及实现。此外本文从数据接收和数据注入两方面验证了设计的可行性和设备的性能。最后对设备未来在集成化和高速性等方面的发展进行了展望。探空火箭综合地面检测设备的成功研发,能够辅助探空火箭探测任务的顺利完成,对于保证箭载设备的可靠性、有效性和安全性,具有重要意义。
白云飞, 陈晓敏, 安军社, 熊蔚明, 孙辉先[8]2011年在《CCSDS高级在轨系统协议及其应用介绍》文中研究指明首先简要回顾了CCSDS(空间数据系统咨询委员会)AOS(高级在轨系统)建议及其在空间数据系统信息交换和处理方面的优势,然后介绍了继载人航天飞船有效载荷数据管理系统、"实践"五号卫星及双星探测计划之后,中国科学院空间科学与应用研究中心在"嫦娥"卫星、月球车综合电子演示系统、百兆级高速多路复接器及"萤火"一号探测器上开展CCSDS AOS应用研究的新进展。
李继承[9]2016年在《HXMT高能主探测器探头地面测试设备研制》文中研究表明作为研究天体、认识宇宙的主要工具之一,天体X射线的探测一直是国内外研究的热门。但由于地球大气层对X射线的严重阻挡,X射线探测只能在外太空进行。硬X射线调制望远镜(HXMT)作为我国第一颗自主研制的X射线天文卫星,能够实现硬X射线的高分辨率成像,对于认识宇宙具有重要意义。HXMT高能主探测器探头(简称主探)为卫星主载荷,用于20～250 keV的硬X射线探测。主探在研制过程中需要配套电性能测设备,以便参与诸如热真空和热循环、力学振动等环境考核试验,以及大量的常规测试。由于主探采用NaI(T1)/CsI(Na)复合晶体,因此需要测试设备具备脉冲幅度分析(PHA)和脉冲波形甄别(PSD)功能,且要求设备便携,具备多通道采集和实时显示功能,目前市场上的设备均不能满足全部需求。为满足HXMT项目研制需求,本文开展了主探测器探头地面测试设备的设计工作,包括硬件电路设计和硬件代码编写。测试设备采用主、从双FPGA为核心,用高速A/D采样(采样周期10.4ns),32K×16的双端口RAM作缓存、USB接口作数据端口的设计,能够对8路脉冲信号(幅度0～5V,宽度0.1～10us)进行并行采集和处理,测量脉冲信号幅度和宽度,提取脉冲信号到达时间,实现PHA和PSD功能,并提供8个通道的0～4V直流电平(<50mA)输出、8个通道的0～4V直流电平输入检测。经过实际测试,测试设备性能达到设计要求,并已成功运用于HXMT主探测器探头的电性测试。与MCA8000D相比,本测试设备同样具备小型、便携的特点,在能谱响应上与Amptek的MCA8000D相当,且较之具有多通道、PSD功能的优势。这些特点和优势使得设备在辐射探测领域具有更广泛的运用前景。
佚名[10]2005年在《双星探测的初步成果》文中提出我国双星计划的两颗卫星运行于目前国际上地球空间探测卫星尚未覆盖的重要活动区。两颗卫星相互配合,构成具有创新特色的星座式独立探测体系,并与欧空局Cluster计划的四颗卫星相互配合,形成了空间六点探测,提供了地球空间暴多层次和多时间尺度物理过程的良好机遇。本文介绍空间中心在研制星上载荷中取得的成果,以及双星应用系统对探测一号、二号两颗卫星以及Cluster四颗卫星的探测数据进行了处理、分析和研究, 在磁重联基本过程、磁层顶磁通量管、磁层亚暴过程等方面取得的有原创性或前沿性的新成果。
参考文献：
[1]. 双星低能离子探测器方案设计与地面检测设备研制[D]. 刘颖. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2002
[2]. 星载低能离子能谱仪地检系统设计与实现[D]. 齐伟. 中国科学技术大学. 2018
[3]. 中高能粒子探测器的设计与研制[D]. 张珅毅. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2006
[4]. 星载电场仪地面检测设备设计与研制[D]. 陈萍. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2009
[5]. CCD型X射线探测器性能研究[D]. 杨彦佶. 吉林大学. 2014
[6]. 电磁监测试验卫星高精度磁强计校准系统研究[D]. 赵骁. 南京航空航天大学. 2014
[7]. 基于FPGA的地面检测设备的设计与研制[D]. 曹辉. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2009
[8]. CCSDS高级在轨系统协议及其应用介绍[J]. 白云飞, 陈晓敏, 安军社, 熊蔚明, 孙辉先. 飞行器测控学报. 2011
[9]. HXMT高能主探测器探头地面测试设备研制[D]. 李继承. 云南大学. 2016
[10]. 双星探测的初步成果[C]. 佚名. 中国空间科学学会空间探测专业委员会第十八次学术会议论文集（下册）. 2005
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