一種采用x射線脈沖星探測器系統的空間x射線探測方法
【專利摘要】本發明公開了一種采用X射線脈沖星探測器系統的空間X射線探測方法，通過在衛星平臺上攜帶探測器，實現對脈沖星發出的周期性X射線進行探測。方法設計了5種工作模式，分別是密封門開啟模式、高壓首次加電模式、正常采集模式、進入SAA區模式和休眠模式。密封門開啟模式和高壓首次加電模式只進入一次；在正常采集模式下，探測器進行數據采集；當衛星進入SAA后，切換到進入SAA區模式，此時暫停采集并降低高壓輸出；衛星離開SAA區后，恢復采集和原高壓輸出值；探測器每完成一個周期的數據采集后，進入休眠模式，此時高壓模塊斷電。
【專利說明】一種采用X射線脈沖星探測器系統的空間X射線探測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于衛星空間自主導航【技術領域】，具體涉及一種采用X射線脈沖星探測器系統的空間X射線探測方法。
【背景技術】
[0002]X射線脈沖星導航是以脈沖星輻射的X射線信號作為外部信息基準，經過相應的信號和數據處理，進行高精度軌道確定、時間同步和姿態測量，自主生成導航電文和控制指令，維持星座基本構形。該技術能夠為近地軌道、深空探測和星際飛行的各類航天器提供位置、速度、時間和姿態等導航信息，具有極其重要的工程應用價值和戰略意義，已成為國際研究的熱點領域。
[0003]X射線脈沖星探測器是脈沖星導航系統的核心設備之一。主要任務是探測脈沖星輻射的X射線光子，提取脈沖輪廓和測量脈沖到達時間Τ0Α，為導航算法提供基本輸入。要實現X射線脈沖星導航，首先需要對脈沖星發出的周期性X射線進行探測，并對用于導航的脈沖星建立脈沖星數據庫。目前，國際還沒有成熟的、可用于導航的脈沖星探測器以及利用這種脈沖星探測器在空間實現X射線探測的方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種采用X射線脈沖星探測器系統的空間X射線探測方法，通過在衛星平臺上攜帶探測器，實現對脈沖星發出的周期性X射線進行探測。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0006]一種采用X射線脈沖星探測器系統的空間X射線探測方法，所述X射線脈沖星探測器系統包括機殼、微通道板MCP組件、閃爍體探測器、采集與控制模塊和高壓模塊;MCP組件、閃爍體探測器、采集與控制模塊和高壓模塊設于機殼內部，機殼提供密封門及密封門開啟機構；所述密封門開啟機構具有記憶合金驅動組件和電機驅動組件，實現記憶合金和電機兩種開啟方式，機殼上設有泄壓閥和充氣閥；閃爍體探測器設于MCP組件下方；采集與控制模塊連接MCP組件、閃爍體探測器、高壓模塊和密封門開啟機構，高壓模塊為MCP組件和閃爍體探測器供電；MCP組件由自上而下依次放置的輸入窗、準直器、第一高壓電極、第二高壓電極、光電陰極、MCP組、第三高壓電極、電荷收集陽極和高壓地組成；
[0007]該方法具體包括如下步驟:
[0008]步驟一、探測器系統在地面存儲時，密封門關閉，通過充氣閥向探測器系統的機殼內部充氮氣；
[0009]步驟二、衛星入軌后，在可視弧段內，衛星平臺向探測器系統的采集與控制模塊提供母線電壓，此時探測器系統的采集與控制模塊加電；
[0010]地面通過遙測確認探測器系統加電啟動正常后，通過衛星平臺向探測器系統發送密封門開啟指令，此時探測器系統中的采集與控制模塊切換到密封門開啟模式；
[0011]步驟三、在密封門開啟模式下，探測器系統中的采集與控制模塊首先啟動記憶合金開啟方式，為記憶合金驅動組件供電，并通過遙測判斷密封門是否打開，如果沒有打開，則切換到電機開啟方式為電機驅動機構供電，并通過遙測判斷密封門是否打開，還將密封門開啟狀態的遙測數據上報給衛星平臺；密封門開啟成功后，采集與控制模塊切斷密封門的配電通路；
[0012]地面通過遙測確認密封門開啟成功后，通過衛星平臺向探測器系統發送高壓加電指令，此時探測器系統中的采集與控制模塊切換到高壓首次加電模式；
[0013]步驟四、在高壓首次加電模式下，探測器系統中的采集與控制模塊將母線電壓傳輸至高壓模塊，以給高壓模塊加電；地面通過遙測判斷高壓模塊的輸出是否正常，高壓模塊輸出穩定后，執行后續步驟；
[0014]步驟五、衛星平臺根據地面注入的指令，在指定時間向探測器系統發送開始采集指令，此時探測器系統中的采集與控制模塊切換到正常采集模式；
[0015]在該正常采集模式下，采集與控制模塊開始采集MCP組件產生的MCP探測信號和閃爍體探測器產生的反符合信號，并進行反符合判定:當反符合信號與MCP探測信號為同一時刻的信號，則認為該時刻的MCP探測信號為高能信號，丟棄；對于通過反符合判定的信號，獲取其光子到達時間并存儲；當采集時間達到設定周期T時長時，停止采集，將存儲的光子到達時間上傳到衛星平臺；
[0016]采集與控制模塊每完成一個周期T的數據采集后，進入休眠模式；在該休眠模式下，采集與控制模塊控制高壓模塊斷電，衛星平臺的母線電壓僅為探測器采集與控制模塊供電，此時，只下傳遙測數據和光子到達時間；
[0017]在正常采集模式下，當衛星進入南大西洋輻射異常區SAA后，衛星平臺向探測器系統發送SAA區進入指令，探測器系統中的采集與控制模塊切換到進入SAA區模式，在此模式下，采集與控制模塊暫停采集，并控制高壓模塊輸出的高壓幅值下降到令MCP無法工作的狀態；衛星離開SAA區后，衛星平臺向探測器系統發送SAA區脫離指令，探測器系統中的采集與控制模塊控制高壓模塊輸出幅值回復到原值，并恢復到正常采集模式；在休眠模式下，不再響應所述SAA區進入指令；
[0018]在休眠模式下，衛星平臺根據地面注入的指令，向探測器系統發送開始采集指令，此時探測器系統中的采集與控制模塊重新切換到正常采集模式。
[0019]有益效果:
[0020]1、多種工作模式的不同切換，可以只讓需要工作的電路工作，不需要工作的電路關機，如此，可以有效的降低探測器的功耗，有利于整星的布局以及熱控，
[0021]2、在密封門開啟模式中，充分考慮了記憶合金開啟方式和電機開啟方式的有效結合，兩種方式相互獨立，確保在一種模式失效的情況下不會影響另一種方式。
[0022]3、高壓首次加電模式中，對高壓模塊逐個進行加壓，如此設計有利于在地面對每個高壓模塊進行監測，確保高壓首次加電的安全性。
[0023]4、設置了進入SAA區模式。SAA區是南大西洋輻射較大的區域，在該區域內干擾較大，因此在通過該區域的時間內，探測器切換到進入SAA區模式，從而將高壓模塊輸出電壓降下來，但并不降到0V，因為高壓的升高是逐級變化的，通過SAA區域的時間很短，如果直接降到0V，將會加長高壓恢復時間，從而導致盲區的出現。而在SAA區將高壓降低到使MCP無法工作，但不切斷，這樣可以在脫離SAA區后以最快的速度恢復高壓。【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1探測器系統組成示意圖。
[0025]圖2探測器系統原理圖。
[0026]圖3微通道板組件組成示意圖。
[0027]圖4為采集與控制模塊的組成示意圖。
[0028]圖5為指令驅動切換電路的組成示意圖。
[0029]圖6為探測器系統工作模式的切換示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。
[0031]首先介紹一下X射線脈沖星探測器系統的組成，參見圖1和圖2，該探測器包括機殼、鉭片、微通道板組件、閃爍體探測器、采集與控制模塊和高壓模塊。微通道板(MCP)組件、閃爍體探測器、采集與控制模塊和高壓模塊設于機殼內部，機殼四個側壁安裝鉭片，機殼提供密封門及密封門開啟機構。
[0032]下面對每一部分進行詳細描述。
[0033]1、MCP 組件
[0034]如圖3所示，MCP組件由自上而下依次設置的輸入窗、準直器、高壓電極1、高壓電極2、光電陰極、微通道板組、高壓電極3、電荷收集陽極和高壓地組成。輸入窗、準直器和高壓電極I疊放在一起，高壓電極2、光電陰極、微通道板組和高壓電極3疊放在一起，電荷收集陽極和高壓地疊放在一起；高壓電極I與高壓電極2之間具有間距，高壓電極3與電荷收集陽極之間具有間距。
[0035]本發明采用微通道板作為探測主要器件，微通道板具有時間分辨率高、光子響應速度快、易于大面積集成等優點，因此可實現探測器的大面積集成。且采用兩個微通道板疊加以提高電子增益。
[0036]?輸入窗。500?1000納米的聚酰亞胺薄膜在正反面鍍30?100納米的鋁膜形成微通道板組件的輸入窗。其功能是屏蔽紫外、可見光以及空間帶電粒子，同時使I?IOkeV軟X射線能有效透過。
[0037]?準直器(ΜΡ0)。為減少空間X射線背景輻射的影響，需要在MCP組件中加裝X射線準直器進行空間濾波，使MCP組件只接收來自特定方向的X射線光子。本發明采用微孔光學器件(MPO，Micro pore optics)，在實現對軟X射線的聚焦和準直的同時，重量和體積會大幅度削減。
[0038]?光電陰極。X射線脈沖星的輻射能流強度非常低，為保證X射線探測器具有足夠高的靈敏度，光電陰極必須具有非常高的量子效率。本發明采用CsI作為光電陰極材料，適用于I?IOkeV的軟X射線波段，其特點一是量子效率高；二是穩定性好，短時間暴露空氣對量子效率的影響小。
[0039]?微通道板組由2片微通道板(MCP)疊加組成，光電陰極貼于微通道板組的一側，另一邊接觸空氣。MCP是一種大面陣的微通道電子倍增器，具有很高的時間、空間分辨率。本發明采用的MCP孔徑為21微米，斜切角為6°。[0040]?電荷收集陽極。本發明采用微帶線結構實現電荷收集陽極。
[0041]?高壓電極。如圖3所示，MCP組件中共設計有3個高壓電極，為電子的運動提供高壓電場，3個高壓電極均由高壓模塊供電。其中:
[0042]高壓電極I?3的所需高壓值的絕對值逐級降低，設高壓電極I所需高壓值Vra=-2400V，則高壓電極2、3所需高壓分別為7/8VQ1=-2100V、l/8VQ1=-300V。那么:
[0043]高壓電極I與高壓電極2之間的壓差為300V，將輸入至MCP端面，但未進入MCP通道的X射線光子產生的光電子重新壓入MCP通道內，可使MCP的探測效率提高10?20% ；
[0044]高壓電極2與高壓電極3之間的電壓為1800V，提供兩片級聯MCP的工作電壓，控制MCP對電子的增益大小、渡越時間及渡越時間彌散。
[0045]高壓電極3與高壓地的之間的電壓為300V，提供MCP輸出電子云團向收集陽極渡越的加速電壓，此電壓控制電子在該空間的渡越時間及渡越時間彌散。
[0046]4、閃爍體探測器
[0047]本發明使用閃爍體探測器實現反符合探測。閃爍體探測器置于MCP組件下方，或者如圖1所示，從下方和四周包圍MCP組件。閃爍體探測器主要由閃爍體、光導和光電倍增管組成。高能粒子進入閃爍體時由于光電效應、康普頓效應和電子對生效應產生次級電子使閃爍體原子或分子激發，發射出光子。利用光導將閃爍體發射的大部分光子收集到光電倍增管的光陰極上，光子被陰極吸收后由于光電效應發生出光電子，電子在光電倍增管中倍增，最后電子束在陽極負載上產生電壓脈沖。
[0048]5、采集與控制模塊
[0049]采集與控制模塊完成如下主要功能:
[0050]①對MCP組件的探測信號和閃爍體探測器的反符合探測信號進行采集和調理，調理包括比較、放大等；當反符合信號與MCP探測信號為同一時刻的信號，則認為該時刻的MCP探測信號為高能信號，丟棄；對于通過反符合判定的信號，獲取其光子到達時間并存儲；
[0051]②將衛星平臺提供的一次+28V母線電壓進行二次變換，轉換出探測器內部所需的二次電源，包括+5V和+3.3V，同時將一次+28V母線電壓經過繼電器開關的控制后作為二次+28V母線電壓提供給高壓模塊。
[0052]③完成高壓模塊的高壓輸出設置及遙測采集。其中，對高壓輸出設置包括高壓模塊輸出最終電壓值的設置，從初始值到達最終值的步進控制，還有高壓模塊主備份的切換。
[0053]④完成密封門開啟供電及開啟狀態遙測；
[0054]⑤接收衛星平臺的指令，并將探測器內部的遙測信息通過LVDS接口傳輸給衛星
T D O
[0055]實際中，采集與控制模塊使用2片FPGA配合周邊電路實現，如圖4所示，該采集與控制模塊包括SRAM型的Xilinx FPGA、反熔絲型的Actel FPGA、模擬量采集電路、高壓輸出設置電路、MCP探測信號調理采集電路、反符合探測信號調理采集電路、LVDS接口、電源變換模塊和指令驅動切換電路；其中，
[0056]MCP探測信號調理采集電路，與MCP組件的電荷收集陽極相連，對MCP組件輸出的MCP探測信號進行采集和調理后發送給Xilinx FPGA。
[0057]反符合探測信號調理采集電路，與閃爍體探測器相連，對閃爍體探測器輸出的反符合信號進行采集和調理后發送給Xilinx FPGA。
[0058]模擬量采集電路，與高壓模塊連接，采集高壓模塊的輸出狀態，發送給XilinxFPGA。Xilinx FPGA可以根據該輸出狀態判定高壓模塊是否輸出正常、穩定。
[0059]高壓輸出設置電路，與高壓模塊連接，根據Xilinx FPGA對高壓模塊的設定指令，對高壓模塊進行輸出控制。
[0060]LVDS接口作為Xilinx FPGA與外界的接口，Xilinx FPGA通過LVDS接口向外部輸出遙測數據，通過LVDS接口接收來自外部的遙控指令。
[0061]電源變換模塊，用于將衛星平臺提供的一次+28V母線電壓進行二次變換，轉換出采集與控制模塊內部所需的二次電源，例如5V，3.3V提供給采集與控制模塊的內部電路使用。
[0062]指令驅動切換電路，將衛星平臺提供的一次+28V母線電壓轉換為密封門的開啟電源，在來自Xilinx FPGA的密封門供電指令的指導下，向密封門供電，且根據Xilinx FPGA的高壓模塊供電指令，將一次+28V母線電壓轉為二次+28V母線電壓向高壓模塊供電。其中，對高壓模塊和密封門的控制均是通過繼電器實現的。
[0063]圖5為指令驅動切換電路的電路圖。如圖所示，其包括指令驅動電路和指令切換電路。指令驅動電路與Xilinx FPGA相連，根據來自Xilinx FPGA的密封門供電指令和高壓模塊供電指令控制指令切換電路中的繼電器。
[0064]指令切換電路中包含繼電器I?5、兩個DC/DC1、DC/DC2。衛星平臺的一次+28V母線電壓通過繼電器I連接DC/DC1，DC/DC1通過繼電器2連接記憶合金驅動組件。一次+28V母線電壓進一步通過繼電器3連接DC/DC2，DC/DC2通過繼電器4連接電機驅動組件。一次+28V母線電壓還通過繼電器5轉換為二次+28V母線電壓繼而連接電源模塊。
[0065]Xilinx FPGA實現MCP探測信號處理、探測信號反符合判定、高壓模塊高壓輸出設置和遙測采集、密封門開啟控制和遙測采集、以及與衛星平臺的數據交互。
[0066]反熔絲型的Actel FPGA實現對Xilinx FPGA中寄存器的動態刷新，該寄存器中存儲了 Xilinx FPGA的配置信息，從而應對空間粒子翻轉。
[0067]6、高壓模塊
[0068]高壓模塊分為2種，S卩“高壓模塊I ”和“高壓模塊2 ”，“高壓模塊I ”將二次+28V母線電壓轉換成MCP組件中電子加速需要的高壓；“高壓模塊2”將二次+28V母線電壓轉換成閃爍體探測器所需要的高壓。
[0069]“高壓模塊I ”的高壓輸出有VQ1、7/8VQ1、1/8VQ1三個輸出高壓，分別施加給MCP組件中的三個高壓電極。這個三個輸出高壓均為可調電壓，其初始狀態均為-100V，單步調節電壓步進為-100V，最終狀態Vqi為-2400V，這樣可以實現逐級啟動。
[0070]“高壓模塊2”的高壓輸出No為可調電壓，初始狀態為100V，單步調節電壓步進為100V，最終狀態Vq2為1000V。
[0071]7、機殼
[0072]機殼是探測器的主體支撐部分，機殼內部的四個側壁均安裝有鉭片，用來減少空間輻照對設備內部各器件的影響。機殼上設有密封門及其密封門開啟機構。密封門開啟機構具有記憶合金驅動組件和電機驅動組件，實現記憶合金和電機兩種開啟方式，互為備份。記憶合金驅動組件和電機驅動組件均連接壓緊機構，在地面存儲時，壓緊機構將密封門壓緊在機殼上，從而實現機殼內部光學組件的密封。電機驅動組件通過電機驅動方式，控制壓緊機構的解鎖。記憶合金驅動組件采用記憶合金電加熱恢復形變的方式，控制壓緊機構解鎖。
[0073]機殼上還設有充氣閥和泄壓閥，充氣閥和泄壓閥與機殼內部連通。泄壓閥主要是在衛星發射階段及在軌期間，通過外部大氣壓的降低，將探測器內部的氮氣排除，保證在軌時，探測器內部的氣壓與外部的氣壓平衡。充氣閥用于氮氣的充入。
[0074]探測器進入空間后，開始進行工作，其工作模式有五種，如圖6所示，分別是:密封門開啟模式、高壓首次加電模式、正常采集模式、進入SAA區模式和休眠模式。其中，密封門開啟模式和高壓首次加電模式只進入一次，正常采集模式與進入SAA區模式可以進行切換，正常采集模式與休眠模式之間可以進行切換。工作模式的切換均是根據衛星平臺的指令而動作的。
[0075]本發明探測器系統的整體工作流程為:
[0076]步驟一、探測器在地面存儲時，密封門關閉，通過充氣閥向探測器內部充氮氣，壓力在1.2個大氣壓左右，確保內部MCP組件不接觸空氣。
[0077]步驟二、衛星入軌后，在可視弧段內，衛星平臺向探測器提供+28V母線電壓，此時探測器的采集與控制模塊加電。地面通過遙測確認探測器系統加電啟動正常后，通過衛星平臺向探測器系統發送密封門開啟指令，此時探測器系統中的采集與控制模塊切換到密封門開啟模式。
[0078]步驟三、在密封門開啟模式下，探測器中的采集與控制模塊首先啟動記憶合金開啟方式為記憶合金驅動組件供電，并通過遙測判斷密封門是否打開，如果沒有打開，則切換到電機開啟方式為電機驅動機構供電，并通過遙測判斷密封門是否打開；還將密封門開啟狀態的遙測數據上報給衛星平臺；密封門開啟成功后，采集與控制模塊切斷密封門的配電通路。地面通過遙測確認密封門開啟成功后，通過衛星平臺向探測器系統發送高壓加電指令，此時探測器系統中的采集與控制模塊切換到高壓首次加電模式。
[0079]本步驟中，采集與控制模塊開啟密封門的流程具體如下:
[0080]步驟31、首先采用記憶合金開啟方式，采集與控制模塊通過向指令驅動電路發送密封門供電指令，從而將繼電器I閉合，通過遙測判斷+28V母線電壓是否正常，為記憶合金驅動機構提供電源的DC/DC1是否輸出+3.3V ;遙測正常，進入步驟32 ;如果遙測異常，進入步驟33，采用電機開啟方式，并將繼電器I斷開。
[0081]步驟32、將繼電器2閉合，從而給記憶合金驅動組件供電，通過遙測判斷密封門是否開啟；如果遙測正常，判定密封門開啟成功；如果遙測異常，進入步驟33，并將繼電器2斷開；其中，對密封門的狀態遙測是通過與密封門中的傳感器相連實現的。
[0082]步驟33、將繼電器3閉合，通過遙測判斷+28V母線電壓是否正常，為電機驅動組件提供電源的DC/DC2是否輸出+3.3V ;如果遙測正常，進入步驟34 ;如果遙測異常，判定密封門開啟失敗，探測器將無法工作。
[0083]步驟34、將繼電器4閉合，給電機驅動組件供電，通過遙測判斷密封門是否開啟；如果遙測正常，判定密封門開啟成功；如果遙測異常，判定密封門開啟失敗，探測器將無法工作。
[0084]步驟四、在高壓首次加電模式下，探測器中的采集與控制模塊將+28V母線電壓傳輸至高壓模塊，以給高壓模塊加電。地面通過遙測判斷高壓模塊的輸出是否正常，高壓模塊輸出穩定后，執行后續步驟。
[0085]本步驟中，給高壓模塊加電時，高壓模塊I和高壓模塊2均從初始狀態開始，依據單步調節電壓步進進行逐級加電，直到到達最終狀態。
[0086]一個探測器系統可以集成多路MCP組件，那么一個探測器系統包括多個高壓模塊1，每個高壓模塊I根據其輸出通道的限制負責部分MCP組件的供電；在首次加電模式中，對多個高壓模塊I逐個加壓，當前高壓模塊I加電成功后再處理下一個高壓模塊I。對于高壓模塊2也是如此。
[0087]步驟五、正常采集模式、休眠模式和進入SAA區模式之間的切換。
[0088]衛星平臺根據地面注入的指令，在指定時間向探測器系統發送開始采集指令，此時探測器系統中的采集與控制模塊切換到正常采集模式。
[0089]在正常采集模式下，采集與控制模塊開始采集MCP組件產生的MCP探測信號和閃爍體探測器產生的反符合信號，并進行反符合判定，即當反符合信號與MCP探測信號為同一時刻的信號，則認為該時刻的MCP探測信號為高能信號，并不是所需要的軟X射線信號，將此信號丟掉不存儲下傳，從而實現抑制空間高能粒子噪聲的目的；對于通過反符合判定的信號，獲取其光子到達時間并存儲；當采集時間達到設定周期T (例如2000s)時長時，停止采集，將存儲的光子到達時間上傳到衛星平臺。
[0090]采集與控制模塊每完成一個周期T的數據采集后，進入休眠模式。在該休眠模式下，采集與控制模塊控制高壓模塊斷電，衛星平臺母線僅為探測器采集與控制模塊供電，此時，只下傳遙測數據和科學數據。其中科學數據是需要采集的X射線光子信號，探測器系統將光子到達時間用16字節數據表示，形成TDC數據即科學數據。遙測數據是反映探測器內部各功能是否正常的健康數據。
[0091]在正常采集模式下，當衛星進入南大西洋輻射異常區SAA后，衛星平臺向探測器發送SAA區進入指令，探測器中的采集與控制模塊切換到進入SAA區模式，在此模式下，采集與控制模塊暫停采集，并控制高壓模塊I輸出的Vm幅值下降到令MCP無法工作的狀態，這里使其降到-1000V。V02也可以同比例下降，從而減少能耗。
[0092]衛星離開SAA區后，衛星平臺向探測器發送SAA區脫離指令，探測器中的采集與控制模塊控制高壓模塊I輸出的νω幅值回復到原值，即-2400V，并恢復到正常采集模式。在休眠模式下，不再響應SAA區進入指令。
[0093]在休眠模式下，衛星平臺根據地面注入的指令，向探測器系統發送開始采集指令，此時探測器系統中的采集與控制模塊重新切換到正常采集模式。
[0094]至此，本流程結束。
[0095]從以上流程可以看出，啟動探測器后，采用逐模塊加電方式，這樣可以節省衛星上的電力儲備。高壓加電也是步進加電，這樣可以防止高電壓沖擊。
[0096]本發明設計了進入SAA區模式，原因是:SAA區是南大西洋輻射較大的區域，在該區域內干擾較大，因此在通過該區域的時間內，探測器切換到進入SAA區模式，從而將高壓模塊輸出電壓降下來，但并不降到休眠電壓，因為高壓的升高和降低時逐級變化的，通過SAA區域的時間很短，如果直接降到休眠電壓將會加長高壓恢復時間，從而導致盲區的出現。而在SAA區將高壓降低，但不切斷，這樣可以在脫離SAA區后以最快的速度恢復高壓。[0097]本發明設計了休眠模式，其原因是:在休眠模式時，高壓不工作，探測器部分也將不工作，此時探測器系統的功耗會降低到最低值。如此可以減少探測器對衛星平臺電源的需求，并降低由于探測器大功耗所散發的熱量對周圍設備的影響。
[0098]綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種采用X射線脈沖星探測器系統的空間X射線探測方法，其特征在于，所述X射線脈沖星探測器系統包括機殼、微通道板MCP組件、閃爍體探測器、采集與控制模塊和高壓模塊；MCP組件、閃爍體探測器、采集與控制模塊和高壓模塊設于機殼內部，機殼提供密封門及密封門開啟機構；所述密封門開啟機構具有記憶合金驅動組件和電機驅動組件，實現記憶合金和電機兩種開啟方式，機殼上設有泄壓閥和充氣閥；閃爍體探測器設于MCP組件下方；采集與控制模塊連接MCP組件、閃爍體探測器、高壓模塊和密封門開啟機構，高壓模塊為MCP組件和閃爍體探測器供電；MCP組件由自上而下依次放置的輸入窗、準直器、第一高壓電極、第二高壓電極、光電陰極、MCP組、第三高壓電極、電荷收集陽極和高壓地組成；該方法具體包括如下步驟: 步驟一、探測器系統在地面存儲時，密封門關閉，通過充氣閥向探測器系統的機殼內部充氮氣； 步驟二、衛星入軌后，在可視弧段內，衛星平臺向探測器系統的采集與控制模塊提供母線電壓，此時探測器系統的采集與控制模塊加電； 地面通過遙測確認探測器系統加電啟動正常后，通過衛星平臺向探測器系統發送密封門開啟指令，此時探測器系統中的采集與控制模塊切換到密封門開啟模式； 步驟三、在密封門開啟模式下，探測器系統中的采集與控制模塊首先啟動記憶合金開啟方式，為記憶合金驅動組件供電，并通過遙測判斷密封門是否打開，如果沒有打開，則切換到電機開啟方式為電機驅動機構供電，并通過遙測判斷密封門是否打開，還將密封門開啟狀態的遙測數據上報給衛星平臺；密封門開啟成功后，采集與控制模塊切斷密封門的配電通路； 地面通過遙測確認密封門開啟成功后，通過衛星平臺向探測器系統發送高壓加電指令，此時探測器系統中的采集與控制模塊切換到高壓首次加電模式； 步驟四、在高壓首次加電模式下，探測器系統中的采集與控制模塊將母線電壓傳輸至高壓模塊，以給高壓模塊加電；地面通過遙測判斷高壓模塊的輸出是否正常，高壓模塊輸出穩定后，執行后續步驟； 步驟五、衛星平臺根據地面注入的指令，在指定時間向探測器系統發送開始采集指令，此時探測器系統中的采集與控制模塊切換到正常采集模式； 在正常采集模式下，采集與控制模塊開始采集MCP組件產生的MCP探測信號和閃爍體探測器產生的反符合信號，并進行反符合判定:當反符合信號與MCP探測信號為同一時刻的信號，則認為該時刻的MCP探測信號為高能信號，丟棄；對于通過反符合判定的信號，獲取其光子到達時間并存儲；當采集時間達到設定周期T時長時，停止采集，將存儲的光子到達時間上傳到衛星平臺； 采集與控制模塊每完成一個周期T的數據采集后，進入休眠模式；在該休眠模式下，采集與控制模塊控制高壓模塊斷電，衛星平臺的母線電壓僅為采集與控制模塊供電，此時，只下傳遙測數據和光子到達時間； 在正常采集模式下，當衛星進入南大西洋輻射異常區SAA后，衛星平臺向探測器系統發送SAA區進入指令，探測器系統中的采集與控制模塊切換到進入SAA區模式，在此模式下，采集與控制模塊暫停采集，并控制高壓模塊輸出的高壓幅值下降到令MCP無法工作的狀態；衛星離開SAA區后，衛星平臺向探測器系統發送SAA區脫離指令，探測器系統中的采集與控制模塊控制高壓模塊輸出幅值回復到原值，并恢復到正常采集模式；在休眠模式下，不再響應所述SAA區進入指令； 在休眠模式下，衛星平臺根據地面注入的指令，向探測器系統發送開始采集指令，此時探測器系統中的采集與控制模塊重新切換到正常采集模式。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟三探測器系統開啟密封門的具體流程為: 步驟31、采集與控制模塊中設置了指令切換電路，指令切換電路中包含五個繼電器，第一DC/DC和第二 DC/DC ;衛星平臺的母線電壓通過第一繼電器連接第一 DC/DC，第一 DC/DC通過第二繼電器連接記憶合金驅動組件；+28V母線電壓進一步通過第三繼電器連接第二DC/DC，第二 DC/DC通過第四繼電器連接電機驅動組件；母線電壓還通過第五繼電器連接高壓模塊； 進入密封門開啟流程后，首先采用記憶合金開啟方式，將第一繼電器閉合，通過遙測判斷母線電壓是否正常，為記憶合金驅動機構提供電源的第一 DC/DC是否輸出+3.3V ;遙測正常，進入步驟32 ;如果遙測異常，進入步驟33，采用電機開啟方式，并將第一繼電器斷開； 步驟32、將第二繼電器閉合，從而給記憶合金驅動組件供電，通過遙測判斷密封門是否開啟；如果遙測正常，判定密封門開啟成功；如果遙測異常，進入步驟33，并將第二繼電器斷開； 步驟33、將第三繼電器閉合，通過遙測判斷母線電壓是否正常，為電機驅動組件提供電源的第二 DC/DC是否輸出+3.3V ;如果遙測正常，進入步驟34 ;如果遙測異常，判定密封門開啟失敗，探測器系統將無法工作； 步驟34、將第四繼電器閉合，給`電機驅動組件供電，通過遙測判斷密封門是否開啟；如果遙測正常，判定密封門開啟成功；如果遙測異常，判定密封門開啟失敗，探測器系統將無法工作。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電壓模塊包括第一高壓模塊和第二高壓模塊；第一高壓模塊將母線電壓轉換成MCP組件中電子加速需要的高壓，其具有VM、7/8V01U/8V01三個輸出高壓，分別施加給MCP組件中的三個高壓電極，這三個輸出高壓均為可調電壓，初始狀態均為-100V，單步調節電壓步進為-100V，最終狀態Vqi為-2400V ;第二高壓模塊將母線電壓轉換成閃爍體探測器系統所需要的高壓，其高壓輸出為可調電壓，初始狀態為100V，單步調節電壓步進為100V，最終狀態Vtj2為1000V ； 給高壓模塊加電時，第一高壓模塊和第二高壓模塊均從初始狀態開始，依據單步調節電壓步進進行逐級加電，直到到達最終狀態； 在進入SAA區模式下，采集與控制模塊控制第一高壓模塊輸出的Vw幅值下降到-1000V ;衛星離開SAA區后采集與控制模塊控制第一高壓模塊輸出的Vm幅值回復到-2400V。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，探測器系統包括多個第一高壓模塊，每個第一高壓模塊根據其輸出通道的限制負責部分MCP組件的供電；在首次加電模式中，對多個第一高壓模塊逐個加壓，當前第一高壓模塊加電成功后再處理下一個第一高壓模塊。
【文檔編號】G01C21/24GK103630140SQ201310655643
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】邵飛, 申景詩, 胡慧君, 康旭輝, 王瑞, 連劍 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一三研究所
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