ZH-1号卫星HEPP-L探测器读出系统研究

发布时间：2017-12-13 21:34

  本文关键词：ZH-1号卫星HEPP-L探测器读出系统研究

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【摘要】：空间带电粒子探测是空间科学研究的主要手段之一,目前国内外地震监测预报研究的实践表明,磁层与电离层电磁前兆监测已经发展成为最有效的地震短临监测手段之一,对于推进地震预报取得突破具有十分重要的意义。高能粒子探测器HEPP是电磁监测试验卫星的重要有效载荷之一,它的主要探测目标是实现对处于距离地球表面500Km轨道的地球辐射带中带电粒子的入射方向和能量的测量,配合空间电磁测量,寻找空间中的高能粒子通量变化与地球表面由地震等电磁活动因素所引起的电磁辐射的可能关联。按照其探测粒子能量区间和探测种类的不同,又将HEPP划分为低能段载荷HEPP-L、高能段载荷HEPP-H和太阳X射线监测器HEPP-X三个子探测器。本文研究的正是实现能量较低的HEPP-L探测器的读出系统。论文依托于中国科学院高能物理研究所粒子天体中心电磁卫星组航天项目：电磁监测试验卫星高能粒子探测器研制。国内粒子探测器主要是测量不同能段的粒子通量信息,不具备能谱和角度测量能力。空间低能端带电粒子探测主要采用半导体探测器,国际上已有多个实例。对于粒子鉴别和有角度测量需求的,多采用望远镜矩阵的设计形式。DEMETER为地震区电磁放射侦测,目前已观测到某类低频电磁活动与地震活跃带的关系。本文研究的内容是HEPP-L探测器读出系统。从探测器需要考虑,将几种半导体探测器的性能加以分析,并且根据对国外探测器的设计原理分析以及电磁监测试验卫星对高能粒子探测器的要求,HEPP-L探测器采用硅探测器组成的望远镜单元阵列实现带电粒子的位置测量、角度测量和能量测量。通过电子、质子在同种材料的单位长度电离能损差别,利用△E-E方法实现电子和质子鉴别。同时在探测器底层采用塑料闪烁体作为反符合探测器,排除超过能量测量范围的带电粒子及从底部入射的粒子。对于本文研究的粒子物理的读出系统而言,是要测量探测器电信号所携带的信息,如某次有效的粒子入射事件发生后,探测器单元输出的总得电荷量。这种电荷测量是从动态角度考虑,是电流信号对时间的积分量的测量。HEPP-L探测器选择的基本电荷测量方案是电荷-电压转换方案,并且考虑用散列的元器件组成读出系统,而非采用ASIC芯片读出。为了验证方案的可行性与能否达到指标要求、功耗要求等,本文设计了一种单路的硅片探测器读出,分为硬件电路设计部分和软件控制时序设计,使用Xilinx公司FPGA开发板调试通过。在单路验证电路的基础之上,将其扩展为18路9个望远镜单元阵列的硅片探测器读出系统,搭配上使得探测器探头工作的其他硬件电路部分,共同组成了HEPP-L探测器的读出电子学系统。该系统同样包含了硬件电路部分设计和FPGA软件实现,这一部分内容是论文研究的重点内容。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V447

【引证文献】

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1 王铸;;Soho卫星和我国对日观测卫星的设想[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十七次学术会议论文集[C];2004年

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本文编号：1286670