星载低能离子能谱仪地检系统设计与实现

发布时间：2020-04-12 01:00

【摘要】：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,实现在三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。
【图文】：

太阳风,太阳活动,地球磁层,爆发期

图１．１．１太阳风与地球磁层结构逡逑在太阳活动爆发期间，太阳活动产生的扰动通过太阳风传递到近地空间，在逡逑

太阳风,卫星

使得空间科学得到了迅猛发展，在２０世纪６０年代，卫星观测证实了美国天文学逡逑家ＥｕｇｅｎｅＮ．邋Ｐａｒｋｅｒ提出的太阳风的存在，从此日地空间天气监测在各国的空间逡逑战略中担任重要角色，例如：丨９６２年至１９７５年，美国发射了稳定面对太阳的空逡逑间观测卫星０Ｓ０１￣０Ｓ０８，用来观测研究太阳耀斑、Ｘ射线、Ｙ射线和远紫外波逡逑段的日地活动现象［１１１；邋１９９１年日本宇宙宇航研究机构与美国和英国联合研制了逡逑太阳探测卫星Ｙｏｈｋｏｈ，邋Ｙｏｈｋｏｈ卫星在１９９丨年８月３０日在日本鹿儿岛县内之浦逡逑航天基地发射升空，其科学目标是利用Ｘ射线（软Ｘ射线和硬Ｘ射线）观测研逡逑究太阳上发生的能量时间［１２】；１９８６年欧洲空间局（Ｅｕｒｏｐｅａｎ邋Ｓｐａｃｅ邋Ａｇｅｎｃｙ，ＥＳＡ）逡逑的邋ＳＴＳＰ邋（ｔｈｅ邋Ｓｏｌａｒ－Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ邋Ｓｃｉｅｎｃｅ邋Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｒ）计划邋ＳＯＨＯ邋卫星，与美国国逡逑家宇航局（Ｎａｔｉｏｎａｌ邋Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ邋ａｎｄ邋Ｓｐａｃｅ邋Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，ＮＡＳＡ）合作研制了邋１２逡逑组仪器，ＳＯＨＯ于１９９５年１２月２日发射并在１９９６年２月在第一拉格朗日点逡逑（ＬａｇｒａｎｇｉａｎＰｏｉｎｔ，，日地引力平衡点）实现成功定点，其主要科学目标是利用高逡逑分辨率光谱观测研宄太阳高层大气［１３］。逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V447.1

【参考文献】