[發(fā)明專利]用于X射線脈沖星導(dǎo)航敏感器的硅漂移探測(cè)器處理電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610964282.6
• 申請(qǐng)日: 2016-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN106525028B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉科;呂政欣;陳建武;左富昌;梅志武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號(hào): G01C21/02
• 分類號(hào): G01C21/02;G01C21/20;G01C21/24
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

用于X射線脈沖星導(dǎo)航敏感器的硅漂移探測(cè)器處理電路，包括前置放大模塊、復(fù)位模塊和制冷模塊，前置放大模塊接收硅漂移探測(cè)器輸出的光子信號(hào)后進(jìn)行低噪聲放大生成預(yù)放大光子信號(hào)，分別輸出至脈沖星導(dǎo)航敏感器、復(fù)位模塊，復(fù)位模塊采用預(yù)放大光子信號(hào)生成復(fù)位信號(hào)后輸出給硅漂移探測(cè)器，對(duì)探測(cè)器進(jìn)行復(fù)位，防止硅漂移探測(cè)器輸出的光子信號(hào)飽和，制冷模塊采用探測(cè)器內(nèi)部溫敏二極管的溫度信號(hào)作為輸入，與預(yù)先設(shè)置的溫度進(jìn)行比較，產(chǎn)生制冷電流控制探測(cè)器內(nèi)部溫度與設(shè)置溫度保持一致。本發(fā)明探測(cè)器處理電路通過采用抗輻射宇航級(jí)元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能更好的適用于宇航產(chǎn)品長(zhǎng)期在軌工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硅漂移探測(cè)器處理電路，特別是一種用于X射線脈沖星導(dǎo)航敏感器的硅漂移探測(cè)器處理電路，可以用于衛(wèi)星與飛船等航天器的X射線脈沖星導(dǎo)航敏感器產(chǎn)品中。

背景技術(shù)

X射線脈沖星導(dǎo)航敏感器根據(jù)脈沖星發(fā)射的脈沖信號(hào)和事先精確測(cè)定的脈沖星角位置信息進(jìn)行導(dǎo)航。1999年美國(guó)發(fā)射的ARGOS先進(jìn)研究和對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星上搭載的非常規(guī)恒星特征實(shí)驗(yàn)對(duì)X射線脈沖星導(dǎo)航的可行性進(jìn)行了初步的驗(yàn)證。2004年，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局啟動(dòng)了“基于X射線源的自主導(dǎo)航定位”研究計(jì)劃。美國(guó)計(jì)劃在國(guó)際空間站上進(jìn)行NICE實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將用于X射線脈沖星導(dǎo)航的性能分析和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

在空間X射線觀測(cè)方面，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所計(jì)劃發(fā)射低軌道寬波段X射線天文衛(wèi)星－硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡HXMT，將為我國(guó)開展X射線脈沖星導(dǎo)航研究提供巡天觀測(cè)技術(shù)儲(chǔ)備和必要的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

我國(guó)多個(gè)研究機(jī)構(gòu)，如中國(guó)空間技術(shù)研究院、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心、南京航空航天大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等，先后投入對(duì)X射線脈沖星導(dǎo)航的研究工作。內(nèi)容涉及基于X射線脈沖星的導(dǎo)航衛(wèi)星自主導(dǎo)航、脈沖星授時(shí)和星載時(shí)鐘修正、組合導(dǎo)航算法、整周模糊度求解、脈沖星信號(hào)識(shí)別和消噪算法，以及脈沖星導(dǎo)航試驗(yàn)平臺(tái)的搭建等問題。

X射線探測(cè)器是X射線脈沖星導(dǎo)航敏感器的關(guān)鍵器件，與其處理電路一起，決定了X射線脈沖星導(dǎo)航敏感器的探測(cè)性能。X射線探測(cè)器的主要作用是捕獲X射線光子，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。根據(jù)X射線探測(cè)器構(gòu)成物質(zhì)的不同性質(zhì)，可以將其劃分為不同類型，包括氣體正比計(jì)數(shù)器、微通道板探測(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器、閃爍晶體探測(cè)器和熱敏探測(cè)器等。

其中固態(tài)半導(dǎo)體探測(cè)器包含CCD半導(dǎo)體探測(cè)器、Si(Li)探測(cè)器、Si-PIN探測(cè)器、硅漂移探測(cè)器等。硅漂移探測(cè)器的結(jié)電容很小、漏電流小，可以快速的讀出電子信號(hào)，能量分辨率和高計(jì)數(shù)性能是目前所有X射線半導(dǎo)體探測(cè)器中最好的。美國(guó)NICE實(shí)驗(yàn)采用了硅漂移探測(cè)器。

X射線作用于硅漂移探測(cè)器，產(chǎn)生的電子會(huì)在漂移電場(chǎng)的作用下向陽(yáng)極漂移，到陽(yáng)極附近產(chǎn)生信號(hào)。探測(cè)器內(nèi)部包含有用于電荷放大電路的反饋電容，硅漂移探測(cè)器外部處理電路對(duì)探測(cè)器輸出信號(hào)進(jìn)行低噪聲的放大。由于存在漏電流，需要對(duì)探測(cè)器進(jìn)行復(fù)位，以防止反饋電容上積累過多電荷而導(dǎo)致輸出飽和，硅漂移探測(cè)器內(nèi)部含有復(fù)位二極管，外部處理電路產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使探測(cè)器復(fù)位。硅漂移探測(cè)器內(nèi)部包含溫敏二極管和致冷器。外部處理電路通過測(cè)量溫敏二極管的電壓可以推算出探測(cè)器當(dāng)前的溫度，通過制冷電路將探測(cè)器內(nèi)部溫度控制在合適的溫度點(diǎn)，可以減小探測(cè)器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲。

傳統(tǒng)的硅漂移探測(cè)器處理電路，均采用了商業(yè)級(jí)或工業(yè)級(jí)元器件，無法滿足宇航產(chǎn)品高輻射環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作的要求，不能用于X射線脈沖星導(dǎo)航敏感器。因此迫切需要設(shè)計(jì)一種用于X射線脈沖星導(dǎo)航敏感器的硅漂移探測(cè)器處理電路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于X射線脈沖星導(dǎo)航敏感器的抗輻射、高可靠硅漂移探測(cè)器處理電路。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：用于X射線脈沖星導(dǎo)航敏感器的硅漂移探測(cè)器處理電路，包括包括前置放大模塊、復(fù)位模塊、制冷模塊，其中