[发明专利]具有高时频稳定度的X射线脉冲星光子信号地面模拟系统

说明书

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，特别涉及X射线脉冲星光子信号地面模拟系统，模拟太空环境中探测器接收到的X射线脉冲星的光子信号，可作为计时观测、微弱信号处理以及导航算法设计的重要实验装置。

背景技术

脉冲星是一种高速旋转、高度磁化的“极端”天体，其自转周期短，稳定度极高，这些特点使得在深空中利用脉冲星进行导航和授时成为可能。但由于脉冲星距离地球一般在上百到几十万光年，X射线脉冲信号衰减较为严重，到达X射线探测器时流量非常微弱，同时由于宇宙射线、以及探测器本身性能等的影响，致使接收到的信号湮没在背景噪声中，信噪比非常低，如何从这些复杂的背景噪声中检测出真实的脉冲信号成为了脉冲星导航应用的关键。国外在这一领域的研究起步较早，美国航空航天局、欧空局、以及日本等国家和组织已开展了大量的原理样机验证以及飞行试验等工作，目前，在X射线脉冲星导航系统开发存在一些关键技术需要攻克，搭载试验尚不成熟，使得实测数据的获取较为困难，因此，逼真再现空间环境的地面模拟系统就变得尤为重要。

根据已公开的专利申请，近年来，国内的地面模拟系统主要有以下几种：

（1）“周期性射线信号发生系统（授权公告号：CN101311677B）”，（2）“一种用于X射线脉冲星导航的地面模拟方法及装置（申请号：201010140837.8）”，（3）“一种脉冲星信号模拟器（申请号：200910023383.3）”，（4）“多脉冲星模拟器（申请号：200910023707.3）”。几种装置各具优势，也存在以下难以克服的缺点：

1、前两种地面模拟系统均使用了X射线源进行试验，在标定和验证X射线探测器方面虽有优势，但却存在以下不足：

a.机械旋转方式所能到达的周期稳定度一般为10^-3-10^-5，距离脉冲星典型的周期稳定度10^-10-10^-12差距很大，使用这两种模拟系统将光子到达时间按周期折叠时，脉冲尖峰会被展宽，信号噪声变强，TOA估计误差较大，直接影响后续算法处理和导航效果。

b.机械加工的精度有限，使得在圆盘上加工缝隙的方法很难模拟脉冲星独一无二的轮廓特征，甚至会丢失脉冲轮廓中的细节部分，精度低，且模拟不同脉冲星轮廓时需要更换不同的圆盘，灵活性的低。

c.机械旋转的转速存在上限，在模拟一些周期较短的毫秒脉冲星，如周期为1.56ms的PSR B1937+21时，若采用机械旋转的方式，转速将到达40000rpm，模拟的难度大。

2、第三种模拟系统以纯电学方式模拟脉冲星信号，这种装置在信号模拟的轮廓精度上有所提高，但脉冲星信号是由计算机程序产生，本质上属于软件模拟，模拟可信度低。

3、第四种装置侧重于背景环境模拟，用真实的大气来模拟脉冲星信号传输的空间环境，这种装置带来的问题是模拟器对大气环境要求较高，环境光无法连续调节，天气的影响使得各次试验条件具有不可重复性，且强光条件下对激光接收器影响大，系统调试困难，给信号分析与处理带来极大不便。

发明内容

本发明的目的在于针对上述装置的不足，提出一种具有高时频稳定度的X射线脉冲星光子信号地面模拟系统，以增强脉冲星光子信号模拟的可信度，提高脉冲星光子信号模拟的轮廓精度和时间精度，并简化地面模拟系统调试操作，实现对接收到的X射线脉冲星信号在空间环境下的逼真再现。

为实现上述目的，本发明具有高时频稳定度的X射线脉冲星光子信号地面模拟系统，包括：

程控计算机，用于产生X射线脉冲星周期数据并输出至极低相噪频率合成器，产生X射线脉冲星轮廓数据并输出至双通道任意波形发生器；

电子读出电路，用于检出光子脉冲信号，并标记光子脉冲达到时间（TOA），其输入端与双通道任意波形发生器的输出连接，输出端与程控计算机的输入连接；

其特征在于还包括：

高时频稳定度信号源，用于产生高时频稳定度和高幅度精度的脉冲星轮廓电压信号和噪声轮廓电压信号，产生的两路信号输出至电控可见光源；